在第1部分中，我們講解了如何選擇正確的電容器種類(lèi)、功率電感器、開(kāi)關(guān)頻率以及半導體對 DC/DC 開(kāi)關(guān)控制器的效率至關(guān)重要，并展示了開(kāi)發(fā)指定規格的降壓升壓轉換器的任務(wù)的例子。我們還探討了如何選擇最佳的電容器和電感器來(lái)創(chuàng )建與轉換器相匹配的濾波器，從而實(shí)現非常低的電感和緊湊的布局。在第 2 部分中，我們將會(huì )介紹電路板布局和 EMC 需要考慮的因素、選擇輸入和輸出濾波器元器件，以及使用熱成像來(lái)驗證功能電路。

布局指南

布局電路板時(shí)需要考慮到一些因素。例如，會(huì )導致高 ΔI/Δt 值的輸入和輸出回路應通過(guò)將濾波陶瓷電容器緊密放置在一起來(lái)保持緊湊。自舉電路應緊湊且靠近開(kāi)關(guān)穩壓器 IC。需要使用寬帶π型濾波器來(lái)解耦開(kāi)關(guān)穩壓器的內部電源。使用盡可能多的過(guò)孔以實(shí)現內部功率GND 層和電路板底層之間的低電感、低阻抗連接。雖然大面積的銅可以實(shí)現更佳的散熱性能和更低的 RDC，但銅面積不宜太大，以免與相鄰電路發(fā)生容性和感性耦合。

無(wú)濾波器的 EMC 測量（100W 輸出功率）。

為滿(mǎn)足大多數應用，轉換器在傳導（150kHz 至 30MHz）和輻射（30MHz 至 1GHz）范圍內的干擾發(fā)射均應符合 B 類(lèi)（家用）限制。除了插入損耗，還有很重要的一點(diǎn)是大電流應用需要電感元件具有盡可能低的 RDC，從而將效率和發(fā)熱量保持在可接受的范圍內。不幸的是，低 RDC 也意味著(zhù)尺寸會(huì )更大。因此，選擇在 RDC、阻抗和尺寸這幾個(gè)因素之間取得平衡的最先進(jìn)的元件尤為重要。WE-MPSB 系列和緊湊型設計的 WE-XHMI 系列都適用于這種情況。對于 10µF 以上的電容濾波元件，可以使用低成本的鋁電解電容。由于濾波電感器能有效抑制電流變化，因此無(wú)需擔心高紋波電流。因此，較大的 ESR 也沒(méi)有關(guān)系，它會(huì )導致濾波器品質(zhì)因素降低，從而防止不必要的諧振。濾波器所造成的額外損耗是由于電感器的歐姆損耗。

選擇輸入和輸出濾波器元件

濾波器元件選擇標準中最重要的一點(diǎn)是能實(shí)現從 150kHz 至 300MHz 的寬帶干擾抑制，從而抑制傳導和輻射 EMC。如果輸入或輸出使用較短的電纜或不使用電纜，則可以降低濾波程度。圖 6 展示的是各個(gè)濾波器元件的有效頻率范圍。

圖6：濾波器元件的方框圖，分別具有 3 個(gè)不同的頻率范圍。


圖7：PCB 頂視圖，包括所有濾波器元件，符合 CISPR32 B 類(lèi)標準

有濾波器的電路在 100W 輸出功率 (Ta = 22°C) 時(shí)測得的溫度和效率

使用熱像儀測得元件最高溫度低于 64℃（圖 8），這意味著(zhù)有足夠的安全裕度來(lái)應對較高的環(huán)境溫度，同時(shí)對元器件的壓力也較小。效率也處于非常高的水平（降壓模式：96.5%；升壓模式：95.6%），特別是考慮到所有的濾波器元件都已計算在內。

圖8：頂部和底部測得的溫度。


圖9：輸入和輸出帶濾波器的電路測得的輻射干擾發(fā)射�？梢栽谡麄�(gè)測量范圍內跟限值（水平和垂直）保持足夠的距離。


圖10：在輸入端帶濾波器的測量傳導發(fā)射。平均值和準峰值在整個(gè)測量范圍內均低于限值。

圖 9 和圖 10 展示的是安裝濾波器后電路測量結果的改善。有濾波器之后，低頻范圍內的傳導干擾輻射的峰值以及輻射干擾發(fā)射的完整測量曲線(xiàn)都低于要求的限值，并且有足夠裕量。

總結

就算進(jìn)行了非常仔細的布局并選擇了合適的有源和無(wú)源元件，如果有額外的非常嚴格的規格要求（如長(cháng)線(xiàn)纜、不能屏蔽等），那么沒(méi)有濾波器就無(wú)法實(shí)現符合 B 類(lèi)標準的大功率 DC/DC 轉換器。不過(guò)，我們可以預期到并且提前布置合適的濾波器。得到的結果是一個(gè)靈活、高效、符合 B 類(lèi)標準的 100W 降壓升壓轉換器。為了讓印制電路板更緊湊，兩個(gè)濾波器可以旋轉 90° 或布置在電路板的反面。REDEXPERT 和 LTSpice 等設計和仿真軟件有助于快速且經(jīng)濟高效地達到預期設計目標。

作者：

Andreas Nadler，伍爾特電子現場(chǎng)應用工程師 FAE，appnotes@we-online.de ,