PFC电源设计与电感设计计算(十) - PFC设计的电磁兼容性问题与对策(3) 10C

这个 K 一定要跟这个 DS 的 D

这是源极也连在一起

越近越好

所以说这是我们布局的一个要求

那第二个要求是什么

它越近越好

其实我们还有一个 C 就是我们下边的 FET 和 D 和 C 的架构

什么架构

一定是三点一套

三点一套什么概念

就是这地方是一个高频的高压陶瓷电容

或者是高压的薄膜电容也是耐高频能力非常强

就是高频阻抗非常小的

然后呢最好是我直接这个电容器

就焊在这个输出的这个 A 的地方

就是二极管的这个输出这个地方接头的地方

然后呢另外一头呢最好是接到

这个 IGBT 或者场效应管 S 上

而不是通过很远的线拉到地上去

我们很多人喜欢这是地

所以我把这电容所有管脚都连到这个地上一点接地

我们很多人讲一点接地

一点接地到底是好还是坏

讲不清楚的

因为你的目的是干什么

你不知道

你可能在这个地方就是差的在另外一个地方就是好的

所以我们不要迷信于这个术语上一点接地就怎么怎么样

几点接地就怎么样

关键是你参考的地在哪里

它是机理

它的电流怎么循环的把它弄清楚

所以说呢我我比较建议是什么

最好是一个贴片的高压陶瓷电容

直接这个管脚连在这个地方

直接这地方架了一个电容上去

越近越好

那么也就是保证这个回路里面尽量没有电感

这是一个关键

距离越短越好

没有电感

所以说我们这样的 PCB 的位置和这样的这个 FET、D 和 C 的架构

是形成我们布局是对 EMI 布局形成一个最有利的一个布局

实际上是这个意思

那么当然了

你说我实在没办法用贴片

因为用贴片

有些人呢虽然用贴片

他照样也是 L 很大

为什么

因为他贴片布的那地方

它有一个 PCB 的连线很长很细

那么这个地方实际上增加了一个电感进来那是不好的

所以这个应要粗要短

那么如果说实在不能用贴片

那我们可以用那个薄膜的

有带引脚的

或者是用陶瓷电容带引脚的那直接跨在这两端

而且引脚越短越好

那么这个构局呢就非常棒

也就是说它一旦产生这个地方的电感

电流要续流

一旦续流的时候我突然关闭了

除了一个给这个电容充电的过程以外

所以这个电压马上就迅速提高了因为续流

那么它就往这儿去往这边是出不去的吗

因为这个引线电感或者这地方有电感很大

那么它就首先是从这个进行短路

把这个电容充电拉到这个地方来

就是形成这么个循环非常短的距离循环

那么这个电压就不会被拉得很高

所以说这是解决毛刺的一个非常重要的办法

也就是说把引线电感甩到外面去

那么这个地方也是要甩到外面去

所以这是我们布线的一个要求

然后还有一个呢就是优化驱动的方法

优化驱动什么方法呢

我们讲刚才讲的导通的时候我驱动得很快

那这个电容是不是充满了电的时候

一下通过内部就是快速的放电了

快速放电一定会产生振荡

所以说那我驱动的时候能不能把这个驱动

驱动得很缓慢

那么驱动缓慢

有的人讲那我效率就会很低

开关损耗厉害了

其实不一定的

就是说我们很多的 PFC

因为你纹波大的时候

或者是说临界模式或者不连续模式的时候

它的电流是从零开始驱动的

所以这地方可以驱动的非常的慢

它也不会引起开关损耗很大

所以说呢那么我们可以调节

把这个电阻都变得很大

就是往里头灌电流的时候

实际上是给这个栅极电容充电

这个电容我们可以充的慢一点

波形这边好看不好看不重要

就是说把它驱动的慢一点

缓慢上去这个导通的慢一点

那么这样的话它有一段是线性区

完全导通之前是线性区

那么也就是这个电阻比较大

通过这个电阻进行放电的时候

就是把这个能量消耗到这个电阻上去了

而不会产生很大的电流的尖峰

那么这样的话呢这个振荡就比较容易消除了

那么当然还有呢关闭的时候也是一样

我画的是一个电阻

其实关闭的是另外一个通道

可能快速关闭或者有个泄放这地方

对地对这个栅级之间我可能短路了一个三极管进去

就是直接把它开通短路掉

那么开通短路掉呢效率都是很高

开关损耗一下子就拉死了

那么像我这个呢，我人为的就把这个弄斜一点

让它慢慢地降下来

也就是关闭的时候稍微加点阻抗进去

让它慢慢的关闭，慢慢关闭

就是这个电压能慢慢的往上升

那就是减少这个 dv/dt 的变化

那么这一点呢是比较微妙的

为什么

因为我往往关闭的那一瞬间

这 PFC 这电感里面电流都达到最大值

那关闭的时候呢电压升起来了

升得很高

电流又没有掉到零

所以这个开关损耗就非常的厉害

那么怎么去判定

怎么去折中这个问题

就是让开关损耗小到我们可以接受

不至于太大

那同时呢又要让这个振荡

或者 dv/dt 或者 di/dt 变化又不是很快

一般的办法我可以告诉大家

我们去调节把驱动导通的一个路

一个通路和驱动泄放的一个通路

最好是分开设计各管各的

泄放的通路呢我可以调节它的电阻

它串上电阻

那么电阻我逐步把它调高

比如说我 10Ω 我不行

我再调到 15Ω

15Ω 不行调到比如说 20Ω、24Ω

甚至 30Ω、33Ω 等于往高了调

那么调到高到什么时候是合适的

我们可以监视我们这个 PFC

让它正常满功率工作起来

然后假设我输出是 1000W

输入可能是 1100W

假设是这样

那么我监视着这个功率计

我把这个电阻调大一点再换一个档

再往大了换

我发现这地方是 1100W 的时候

这边是 1000W

那 1100W 的时候我变成 1101W、1102W 了

就是说我只要把电阻也增大

它这个瓦数明显开始涨了

就是你那个功率计能看到瓦数开始涨了

那就说明不能再大了

一涨就说几瓦几瓦就往上涨了

那说明很大了

所以说假设我这个时候刚好我换了一个 33Ω

就看到这个地方就比较厉害了

那怎么办

那我 33Ω 往回退一档是多少

27Ω 对不对

再往下退一档是 24Ω

那么我一般是会退两档

就是要考虑到它这个管子可能会有离散

所以说我从 33Ω 退到 24Ω 去

那么我这个电阻底下这个泄放电阻就是 24Ω

这个时候我基本上

这个开关在关闭的时候并不明显增加

但这个时候呢我已经足够的慢了

不可能再慢对不对

那这个时候实际上就把这个 dv/dt 这个问题

就是做到最佳化了

也就是缓和了不可能再缓和了

但是最重要的一点就是刚才讲的这个三点合一

这个距离非常近的这种布局

这个是显得非常重要

不光是要距离近

而且这里边的连线的那个粗细要尽可能粗

因为越粗那引线电感越小

那么当然有些工程师说

我没办法那么做那个管脚

就本来很挤

我那地方没地方摆等等

这些很多的理由都是存在的

都是实实在在的

那么也就是说你只要做到

你认为能努力到的最佳就可以了

然后再去调节这些事情

那么兼顾这些条件

也就是说你由于这个开关管所造成的

各种各样的这个高频的振荡

实际上已经被控制到最小了

那么这样处理之后

你往往会发现在你的

我们传导干扰的时候可能二十几兆

二十兆以上，十兆以上二十三十兆之间

这地方可能很大幅度地就被衰减下去了

所以说你要是光靠滤波器去堵

去看什么是很难解决这个问题的

那么用这样的方法呢就会比较做得非常漂亮

所以说也就是从我们布局和布线开始

就要考虑到这种原则

然后最后在调试的时候驱动的时候呢

我们尽量做一些这个驱动的优化

当然还有一点就是我们选择器件

选择器件如果我选择一个快恢复器件

那特性很好

这个寄生电容非常小

快恢复呢是一个软的恢复

它不是一下子把电流加大

那么它这个 EMI 会减轻了很多

那么当然呢这个损耗也会减轻很多

那么还有的就是我采用一些 SiC

就是碳化硅的二极管

那这地方没有快恢复效应

它就实际上是并了一个结电容

那么这个时候呢其实是一个电容在里头作用

相对来讲就会好很多

但是你要别忘了

因为即便是碳化硅

它也有比较大的结电容

如果你很快的开和关

这个电容的充放电造成的 EMI 的毛刺也非常的厉害

所以这一点呢我们切切要注意

那么选择不同的器件这些寄生参数都不一样

所以说你要进行去比较，去细化的去比较

那么去看到底哪一个最适合于你

除此之外呢

我们还可以采用这个结构

就是说 DCM+CRM 的结构

什么意思呢

就是说如果我这个管子是

是处于临界模式或者不连续模式

那自然我这地方快恢复这个过程就没有了

就没有说我一直导通的过程中突然反过来一个电压

实际上我导通的过程中它自动的被截止

截止了之后

它一直没有电流的时候保持一段时间

然后这个啪开通了

这个电压可能已经掉下来蛮多了

那么这个两端实际上电容是逐步慢慢慢慢是在充电

这慢慢慢慢充电就意味着振荡就产生不了了

所以说这个电容即便有容量影响也不大

那么更别提这里头

如果说我们用一些别的好的管子

它就没有快恢复的特性

所以这个就非常的棒

其实这跟我们采用电路的模式也有关系

那么从这几个采用了我们这些方法之后

那么实际上就是从根本上

把我们的整个电路的这个 EMI 的这些干扰源

源泉给他做小或者减轻到最低

那么同时呢用一个非常关键的

就是说没有毛刺的 PFC 电感

那么这样的一个设计

你的 PFC 的这个 EMI 产生的能量的源泉

或者是说这些方面呢已经控制得非常的棒了

非常的好了

那么即便是这样

由于我们有一些有纹波

有些其他原因还造成了一些 EMI 的泄漏

那么在靠前面的 EMI 滤波器那就会非常容易地解决

所以说通过这个办法呢我们就可以做到

整个 PFC 的电路变的干扰又小

效率又高

那么这地方做一些缓冲

RC 吸收之类的

也可以能量可以做到很小

就可以把这个波形做得漂漂亮亮

那么回过头来呢往外释放的能量能量小了

EMI 的滤波器减轻了

那么 EMI 的滤波器也可以进行简化

线圈不用绕那么多圈数

电感量不用加那么多

X 又不用那么大

那么最起码是减少了体积减少了成本

所以说这些方法呢是我给大家推荐的

非常重要也非常管用的一些办法

所以说我们做 PFC 的设计

我希望大家从电路的选取、器件的选取

驱动的优化

电路板的布局布线

再加上我们选择比较好的

没有干扰的不容易产生干扰的 PFC 电感

通过这些主动的办法减少我们 PFC 的源头

那么再有一些解决不了的

那靠我们的被动的办法去做强化滤波

那这样的话我相信你的 EMI 是非常容易解决的

而且成本会做得很好

那么这一讲我们就讲到这

谢谢大家

这个 K 一定要跟这个 DS 的 D

这是源极也连在一起

越近越好

所以说这是我们布局的一个要求

那第二个要求是什么

它越近越好

其实我们还有一个 C 就是我们下边的 FET 和 D 和 C 的架构

什么架构

一定是三点一套

三点一套什么概念

就是这地方是一个高频的高压陶瓷电容

或者是高压的薄膜电容也是耐高频能力非常强

就是高频阻抗非常小的

然后呢最好是我直接这个电容器

就焊在这个输出的这个 A 的地方

就是二极管的这个输出这个地方接头的地方

然后呢另外一头呢最好是接到

这个 IGBT 或者场效应管 S 上

而不是通过很远的线拉到地上去

我们很多人喜欢这是地

所以我把这电容所有管脚都连到这个地上一点接地

我们很多人讲一点接地

一点接地到底是好还是坏

讲不清楚的

因为你的目的是干什么

你不知道

你可能在这个地方就是差的在另外一个地方就是好的

所以我们不要迷信于这个术语上一点接地就怎么怎么样

几点接地就怎么样

关键是你参考的地在哪里

它是机理

它的电流怎么循环的把它弄清楚

所以说呢我我比较建议是什么

最好是一个贴片的高压陶瓷电容

直接这个管脚连在这个地方

直接这地方架了一个电容上去

越近越好

那么也就是保证这个回路里面尽量没有电感

这是一个关键

距离越短越好

没有电感

所以说我们这样的 PCB 的位置和这样的这个 FET、D 和 C 的架构

是形成我们布局是对 EMI 布局形成一个最有利的一个布局

实际上是这个意思

那么当然了

你说我实在没办法用贴片

因为用贴片

有些人呢虽然用贴片

他照样也是 L 很大

为什么

因为他贴片布的那地方

它有一个 PCB 的连线很长很细

那么这个地方实际上增加了一个电感进来那是不好的

所以这个应要粗要短

那么如果说实在不能用贴片

那我们可以用那个薄膜的

有带引脚的

或者是用陶瓷电容带引脚的那直接跨在这两端

而且引脚越短越好

那么这个构局呢就非常棒

也就是说它一旦产生这个地方的电感

电流要续流

一旦续流的时候我突然关闭了

除了一个给这个电容充电的过程以外

所以这个电压马上就迅速提高了因为续流

那么它就往这儿去往这边是出不去的吗

因为这个引线电感或者这地方有电感很大

那么它就首先是从这个进行短路

把这个电容充电拉到这个地方来

就是形成这么个循环非常短的距离循环

那么这个电压就不会被拉得很高

所以说这是解决毛刺的一个非常重要的办法

也就是说把引线电感甩到外面去

那么这个地方也是要甩到外面去

所以这是我们布线的一个要求

然后还有一个呢就是优化驱动的方法

优化驱动什么方法呢

我们讲刚才讲的导通的时候我驱动得很快

那这个电容是不是充满了电的时候

一下通过内部就是快速的放电了

快速放电一定会产生振荡

所以说那我驱动的时候能不能把这个驱动

驱动得很缓慢

那么驱动缓慢

有的人讲那我效率就会很低

开关损耗厉害了

其实不一定的

就是说我们很多的 PFC

因为你纹波大的时候

或者是说临界模式或者不连续模式的时候

它的电流是从零开始驱动的

所以这地方可以驱动的非常的慢

它也不会引起开关损耗很大

所以说呢那么我们可以调节

把这个电阻都变得很大

就是往里头灌电流的时候

实际上是给这个栅极电容充电

这个电容我们可以充的慢一点

波形这边好看不好看不重要

就是说把它驱动的慢一点

缓慢上去这个导通的慢一点

那么这样的话它有一段是线性区

完全导通之前是线性区

那么也就是这个电阻比较大

通过这个电阻进行放电的时候

就是把这个能量消耗到这个电阻上去了

而不会产生很大的电流的尖峰

那么这样的话呢这个振荡就比较容易消除了

那么当然还有呢关闭的时候也是一样

我画的是一个电阻

其实关闭的是另外一个通道

可能快速关闭或者有个泄放这地方

对地对这个栅级之间我可能短路了一个三极管进去

就是直接把它开通短路掉

那么开通短路掉呢效率都是很高

开关损耗一下子就拉死了

那么像我这个呢，我人为的就把这个弄斜一点

让它慢慢地降下来

也就是关闭的时候稍微加点阻抗进去

让它慢慢的关闭，慢慢关闭

就是这个电压能慢慢的往上升

那就是减少这个 dv/dt 的变化

那么这一点呢是比较微妙的

为什么

因为我往往关闭的那一瞬间

这 PFC 这电感里面电流都达到最大值

那关闭的时候呢电压升起来了

升得很高

电流又没有掉到零

所以这个开关损耗就非常的厉害

那么怎么去判定

怎么去折中这个问题

就是让开关损耗小到我们可以接受

不至于太大

那同时呢又要让这个振荡

或者 dv/dt 或者 di/dt 变化又不是很快

一般的办法我可以告诉大家

我们去调节把驱动导通的一个路

一个通路和驱动泄放的一个通路

最好是分开设计各管各的

泄放的通路呢我可以调节它的电阻

它串上电阻

那么电阻我逐步把它调高

比如说我 10Ω 我不行

我再调到 15Ω

15Ω 不行调到比如说 20Ω、24Ω

甚至 30Ω、33Ω 等于往高了调

那么调到高到什么时候是合适的

我们可以监视我们这个 PFC

让它正常满功率工作起来

然后假设我输出是 1000W

输入可能是 1100W

假设是这样

那么我监视着这个功率计

我把这个电阻调大一点再换一个档

再往大了换

我发现这地方是 1100W 的时候

这边是 1000W

那 1100W 的时候我变成 1101W、1102W 了

就是说我只要把电阻也增大

它这个瓦数明显开始涨了

就是你那个功率计能看到瓦数开始涨了

那就说明不能再大了

一涨就说几瓦几瓦就往上涨了

那说明很大了

所以说假设我这个时候刚好我换了一个 33Ω

就看到这个地方就比较厉害了

那怎么办

那我 33Ω 往回退一档是多少

27Ω 对不对

再往下退一档是 24Ω

那么我一般是会退两档

就是要考虑到它这个管子可能会有离散

所以说我从 33Ω 退到 24Ω 去

那么我这个电阻底下这个泄放电阻就是 24Ω

这个时候我基本上

这个开关在关闭的时候并不明显增加

但这个时候呢我已经足够的慢了

不可能再慢对不对

那这个时候实际上就把这个 dv/dt 这个问题

就是做到最佳化了

也就是缓和了不可能再缓和了

但是最重要的一点就是刚才讲的这个三点合一

这个距离非常近的这种布局

这个是显得非常重要

不光是要距离近

而且这里边的连线的那个粗细要尽可能粗

因为越粗那引线电感越小

那么当然有些工程师说

我没办法那么做那个管脚

就本来很挤

我那地方没地方摆等等

这些很多的理由都是存在的

都是实实在在的

那么也就是说你只要做到

你认为能努力到的最佳就可以了

然后再去调节这些事情

那么兼顾这些条件

也就是说你由于这个开关管所造成的

各种各样的这个高频的振荡

实际上已经被控制到最小了

那么这样处理之后

你往往会发现在你的

我们传导干扰的时候可能二十几兆

二十兆以上，十兆以上二十三十兆之间

这地方可能很大幅度地就被衰减下去了

所以说你要是光靠滤波器去堵

去看什么是很难解决这个问题的

那么用这样的方法呢就会比较做得非常漂亮

所以说也就是从我们布局和布线开始

就要考虑到这种原则

然后最后在调试的时候驱动的时候呢

我们尽量做一些这个驱动的优化

当然还有一点就是我们选择器件

选择器件如果我选择一个快恢复器件

那特性很好

这个寄生电容非常小

快恢复呢是一个软的恢复

它不是一下子把电流加大

那么它这个 EMI 会减轻了很多

那么当然呢这个损耗也会减轻很多

那么还有的就是我采用一些 SiC

就是碳化硅的二极管

那这地方没有快恢复效应

它就实际上是并了一个结电容

那么这个时候呢其实是一个电容在里头作用

相对来讲就会好很多

但是你要别忘了

因为即便是碳化硅

它也有比较大的结电容

如果你很快的开和关

这个电容的充放电造成的 EMI 的毛刺也非常的厉害

所以这一点呢我们切切要注意

那么选择不同的器件这些寄生参数都不一样

所以说你要进行去比较，去细化的去比较

那么去看到底哪一个最适合于你

除此之外呢

我们还可以采用这个结构

就是说 DCM+CRM 的结构

什么意思呢

就是说如果我这个管子是

是处于临界模式或者不连续模式

那自然我这地方快恢复这个过程就没有了

就没有说我一直导通的过程中突然反过来一个电压

实际上我导通的过程中它自动的被截止

截止了之后

它一直没有电流的时候保持一段时间

然后这个啪开通了

这个电压可能已经掉下来蛮多了

那么这个两端实际上电容是逐步慢慢慢慢是在充电

这慢慢慢慢充电就意味着振荡就产生不了了

所以说这个电容即便有容量影响也不大

那么更别提这里头

如果说我们用一些别的好的管子

它就没有快恢复的特性

所以这个就非常的棒

其实这跟我们采用电路的模式也有关系

那么从这几个采用了我们这些方法之后

那么实际上就是从根本上

把我们的整个电路的这个 EMI 的这些干扰源

源泉给他做小或者减轻到最低

那么同时呢用一个非常关键的

就是说没有毛刺的 PFC 电感

那么这样的一个设计

你的 PFC 的这个 EMI 产生的能量的源泉

或者是说这些方面呢已经控制得非常的棒了

非常的好了

那么即便是这样

由于我们有一些有纹波

有些其他原因还造成了一些 EMI 的泄漏

那么在靠前面的 EMI 滤波器那就会非常容易地解决

所以说通过这个办法呢我们就可以做到

整个 PFC 的电路变的干扰又小

效率又高

那么这地方做一些缓冲

RC 吸收之类的

也可以能量可以做到很小

就可以把这个波形做得漂漂亮亮

那么回过头来呢往外释放的能量能量小了

EMI 的滤波器减轻了

那么 EMI 的滤波器也可以进行简化

线圈不用绕那么多圈数

电感量不用加那么多

X 又不用那么大

那么最起码是减少了体积减少了成本

所以说这些方法呢是我给大家推荐的

非常重要也非常管用的一些办法

所以说我们做 PFC 的设计

我希望大家从电路的选取、器件的选取

驱动的优化

电路板的布局布线

再加上我们选择比较好的

没有干扰的不容易产生干扰的 PFC 电感

通过这些主动的办法减少我们 PFC 的源头

那么再有一些解决不了的

那靠我们的被动的办法去做强化滤波

那这样的话我相信你的 EMI 是非常容易解决的

而且成本会做得很好

那么这一讲我们就讲到这

谢谢大家