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实用EMI噪讯对策技术(11) DC电源与Ground

2025-10-042410安规与电磁兼容网

几乎所有电子电路都是以DC电源动作,DC电源使用机器内部的电池,电池分为1次电池与2次电池。电池消耗电源会造成电压变动,因此必需进行电压控制。

搁置型电子机器,通常提供AC电源给机器,再将AC电源转换成DC定电压电源,该电源设备分成「Series Pass Regulator」与「Switching Regulator」两种。Series Pass Regulator将AC电源整流,再用电容器使整流电压平整化,接着利用电压下降作一定电压的控制。 

Switching Regulator与噪讯

若与Switching Regulator方式比较,结构简单是Series Pass Regulator方式主要特征,反面缺点是电压下降变成损失;相较之下Switching Regulator采取Switching控制方式(图1),透过Switching控制可以获得低损失、高效率的控制效益,不过该电源电流是在该系统中作最大电流控制,因此容易产生很大的切换噪讯,此外整流AC电源时产生的高频波对电源端会有不良影响(图2)。

  

为防止放射噪讯一般会将电子电路放置在筐体(金属)内,利用筐体作遮蔽放射噪讯,因为使用裸露电子电路非常危险。如图3所示导线会传递噪讯,噪讯从AC端(输入端)与DC端(输出端)流出,该噪讯在输出与输入端,同时具备一般模式噪讯(Common Mode Noise)与标准模式噪讯(normal Mode Noise),因此必需消除标准模式的噪讯,

有关一般模式噪讯,在DC的负载亦即电子电路整体,若是以相同一般模式振动的话,理论上对电子电路内部没有不良影响,例如电车以一定速度奔驰时,车厢内的乘客即使垂直向上跳跃也会回到原位,同样道理即使对电子电路施加一般模式电压,电子电路依旧可以正常动作,然而实际上印刷电路基板内的电源线与Ground线属于不平衡电路,所以对电子电路有不良的影响。

如图3所示Ground线除了是电源本身的折返线之外,同时也是信号的折返线 ,因此电源线与Ground线无法取得平衡。平衡的信号线本身必需具备折返线,不过一般信号几乎都使用共通折返线,将Ground当作折返线使用。

强大不平衡电路的一般模式必需大幅标准模式化,因为标准模式属于有害噪讯,必需进行充分的噪讯对策。虽然Switching Regulator内部本身具备防止噪讯泄漏到外部的滤波器,不过大多都不够充分,此时可以在Switching Regulator的出口端实施噪讯对策(图4)。

图中的L1与C1都是标准模式用滤波器,L1与C1辅助Switching Regulator内部的电容器CP形成TT型滤波器,它可以强化Switching Regulator内部滤波功能。图中的C2与C3是一般模式用滤波器,该电容器的中点Ground有大噪讯电流流动,必需布线防止发生Signal Ground(图中的电压基准Ground)与共通阻抗(impedance)。

从DC电源一直到印刷基板的DC电源线、DC电源导线,噪讯很大的导线必需分离避免受到影响,如果导线并行近距离排列很容易接收噪讯,不得已的场合导线可以相互直交排列,建议此时导线使用电源线与Ground线缠绕构成的捻线(Twist Pair)。

在印刷基板以Switching Regulator控制的电源,分成直接使用以及依照各印刷基板设置Local Regulator两种方式(图5)。系统规模很大、印刷基板数量很多的场合,可以依照各印刷基板设置Local Regulator方式,这种对策对抑制噪讯非常有效。

基板上的Regulator可以使用Series Pass Regulator IC,或是DC/DC变频器(Converter)。输出、入使用DC的Switching Regulator时称为「DC/DC变频器(Converter)」。

DC/DC变频器又分为可以使输入升压的「升压型」、下压的「降压型」、两方向改变的「升降压型」、可以使正负反转的「反转型」等等,此外还有可以使输出、入绝缘的「绝缘型」,不过上述情况不需使用「绝缘型」DC/DC变频器。

 

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