Boost變換器功率開關PCB布線的設計分析

王新拓

[摘 要] 隨著社會不斷進步，各類新技術、新材料應運而生，被廣泛應用到不同領域、行業中，發揮著關鍵性作用。在變換器電路運行中，功率開關管屬于核心干擾源，設計中必須控制好電磁干擾。因此，以Boost變換器為例，多角度、多層次探討了功率開關PCB布線設計。

[關 鍵 詞] Boost變換器；功率開關；PCB布線；設計

[中圖分類號] TM46 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）28-0087-01

就PCB來說，屬于印刷電路板，是產品設計中不可忽視的重要環節，設計初期，設計者必須根據各方面情況，嚴格按照相關規定，有效抑制電磁干擾，才能在減少設計費用的基礎上，縮短生產周期。在設計Boost變換器中，設計者必須合理布局設計變換器主電路，客觀分析影響電路電磁干擾的因素，比如，開關管漏，達到抑制電磁干擾的目的，確保該類變換器處于高效運行中。

一、Boost變換器電磁干擾模型

站在客觀的角度來說，想要使電力電子變換器具有較高的性能，其元器件、電路必須具有較高的質量，PCB組件布局、電氣聯機結構設計必須合理，一旦相同組件、參數電路的布局設計、電氣聯機方向不合理，將會造成嚴重的影響，變換器極易受到電磁干擾，導致一系列信息數據不準確，相關工作也無法順利開展。在Boost變換器功率開關PCB布線設計過程中，設計者必須多層次構建合理化的變換器電磁干擾模型，合理設計Boost主電路電感、輸出電容、功率開關管等，電阻、電感處于串聯狀態，要控制好布線“長度、寬度”等，確保相關數值準確。如果變換器運行穩定，電磁干擾不會受到整流電路的影響，使其可以傳向阻抗穩定的網絡，這被稱之為短路。如果網絡阻抗穩定，其上隔直電容阻抗并不大，并不會造成嚴重的影響，可以不同考慮。在構建這一電磁干擾模型中，設計者要盡可能使其簡化，不要過于復雜，不需要客觀分析各個電容寄生參數，變換器主電路的電感寄生電容參數，但功率開關管漏、源極電壓等必須處于動態變化中，要處于梯波狀態。在此基礎上，設計者要綜合分析差模干擾、共模干擾下的傳導路徑，得到關于Boost變換器的差模干擾、共模干擾，簡化對應的電路，避免復雜化，降低操作難度，可以在動態檢測電阻上電壓過程中準確把握電磁干擾情況，采取適宜的措施有效抑制電磁干擾，促使Boost變換器處于穩定運行中。

二、數值分析、線路仿真與實驗

（一）數值分析

在構建好Boost變換器電磁干擾模型后，設計者要根據共模與差模電壓定義，明確對應電路關系，準確把握在導線電阻變化過程中，對線路差模、共模造成的影響，優化設計PCB布線。在此過程中，設計者要利用Matlab繪制出關鍵性導線、差模和共模之間的關系曲線圖，準確計算傳導電磁干擾頻率較高情況下的相關數值，不需要計算對應的寄生電阻，進行合理化的分析。在分析過程中，設計者會發現傳導電磁干擾不同頻段很少受到開關管漏電感的影響，但如果源極引線處于動態變化中，會對傳導電磁干擾不同頻段造成不同程度的影響，尤其是高頻段。如果源極引線電感不斷增加，差模和共模卻會不斷減少，屬于反比例關系。

（二）線路仿真與實驗

在Boost變換器功率開關PCB布線設計中，設計者需要以Saber為基點，根據Boost變換器特點、性質，仿真該類變換器電子線路電磁干擾，準確把握Boost變換器電路參數，控制好開關頻率，確保仿真波形準確。在仿真過程中，設計者同樣會發現源極引線電感和線路差模與共模密切相關，屬于反比例關系，在傳導電磁干擾高頻段尤其明顯。同時，在整個頻段中，如果源極引線電感處于恒定狀態，開關管漏電感并不會對傳導電磁干擾產生較大的影響，加上在構建數值分析模型中，功率開關管等計算過程已被簡化，電子線路仿真、數值分析結果中，差模和共模會存在偏差，但開關管漏以及源極引線電感在變換器傳導電磁干擾方面的影響特性相同。在實驗方面，設計者需要采用布局不同的Boost變換器裝置，采用IRFZ44N功率開關管，借助SG3525電路，產生一定的PWM信號，構建光耦隔離驅動電路，優化功率開關PCB布線設計。

三、結語

總而言之，在Boost變換器功率開關PCB布線設計中，設計者必須遵循相關原則，嚴格按照相關規定，制定好合理化的設計方案，構建可行的Boost變換器電磁干擾模型，要根據功率開關管漏、源極引線二者電感對線路傳導電磁干擾的影響程度，采取針對性措施，適當增加線路源極引線的電感，有效抑制電磁干擾，特別是其在高頻段中的分布，要意識到低頻段濾波設計的重要性，以此，優化設計其PCB布線，提高Boost變換器各方面性能，具有較高的安全性、穩定性，延長其使用壽命，降低其運營成本，充分發揮其多樣化作用。

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