29.06.2022 20:36
zuganov 22 5300 Источник

Поставщики компонентов наперебой рассказывают, как просто при помощи их изделий создать готовое к промышленному выпуску решение. После посещения одного из таких мероприятий от Wurth Electronics по проектированию пассивных фильтров электромагнитных помех (ЭМП) у меня и моих коллег осталось непонимание методики подбора компонентов, и мы решил провести собственное исследование.

Сегодня мы постараемся рассеять маркетинговый туман и внести осознанность в проектирование фильтров ЭПМ для импульсных преобразователей (DC-DC) на примере прохождения испытаний на соответствие стандарту CISPR 25.

Таблица 1. Характеристики тестового импульсного преобразователя

Параметр

Значение

Единицы измерения

Электрические характеристики

 

 

Номинальное выходное напряжение

34

В

Номинальный выходной ток

6

А

Номинальная выходная мощность

204

Вт

Пульсации выходного напряжения

100

мВ

Номинальное входное напряжение

12,5

В

Максимальное входное напряжение

16

В

Максимальный входной ток входном напряжении 12,5 В

15

A

Номинальный КПД

96

%

Геометрические размеры

 

 

Длина

200

мм

Ширина

45

мм

Высота

24

мм

Диапазон рабочих температур

-40 до +80

класс G по ISO16750-4 (п.4), класс А по ISO16750-1 (п.6)

Исполнение

IP67

 

Электромагнитная совместимость

 

CISPR 25 class 5

Структурная схема блока

В качестве опорного решения был выбран повышающий преобразователь топологии boost с технологией синхронного выпрямления. Был разработан электронный макет изделия в Altium Designer для последующей экстракции паразитных параметров печатной платы.

Рисунок 1. Структурная схема повышающего преобразователя
Рисунок 1. Структурная схема повышающего преобразователя

Несколько слов о методах борьбы с электромагнитными помехами в импульсной технике. На рисунке 2 представлены основные направления работы по уменьшению электромагнитных помех, излучаемых импульсными преобразователями. В данной публикации мы постараемся рассмотреть только работу с пассивными фильтрами электромагнитных помех.

Рисунок 2. Методы устранения электромагнитных помех в импульсных силовых преобразователях
Рисунок 2. Методы устранения электромагнитных помех в импульсных силовых преобразователях

Тестовый преобразователь построен на базе контроллера LM5122. Для проведения моделирования в программном пакете PSPICE была разработана модель для решения во временной области.

Подход, использованный в данной работе схож с тем, что предлагают производители пассивных компонентов, например, Wurth Electronics, для проектирования фильтров ЭМП импульсных преобразователей.

Типовой фильтр представлен на рисунке 3. Он имеет три секции и демпфер (для подавления резонансных явлений между фильтром и входным конденсаторомC_{in}).

Рисунок 3. Типовой пассивный фильтр электромагнитных помех
Рисунок 3. Типовой пассивный фильтр электромагнитных помех

Для того, чтобы разобраться с проектированием пассивных фильтров в качестве стандарта был выбран CISPR 25.

В общем случае измерение помех в соответствии со стандартом CISPR 25 производится двумя способами: методом напряжений и методом токов. Рассмотрим метод напряжений.

В методе напряжений оценка уровня помех происходит путем измерения падения напряжения на измерительных резисторах, которые встроены в эквивалент сети (Line Impedance Stabilization Network - LISN). В процессе измерения анализатор спектра подключается к одному из измерительных разъемов эквивалента сети, другой разъем нагружается сопротивлением 50 Ом. Измерения производятся последовательно на обоих шинах питания.

На рисунках 4 и 5 представлены пути протекания токов синфазных и дифференциальных помех, которые в сумме и составляют полную величину тока помехи.

С точки зрения генерации помех особый интерес представляет точка соединения транзисторов и дросселя, именно здесь происходит колебание электрического потенциала с максимальной амплитудой. При открытии ключа VT1 потенциал этой точки становится равным 0, а в момент закрытия VT1 потенциал равен выходному напряжению (без учета падения напряжения на открытом транзисторе VT2 или кратковременно на его встроенном диоде). Целесообразно предположить, что емкости, образованные полигоном подключения силовых ключей и полигоном GND печатной платы или корпусом, являются основными путями протекания токов помех.

Рисунок 4. Путь протекания тока синфазной помехи
Рисунок 4. Путь протекания тока синфазной помехи
Рисунок 5. Путь протекания тока дифференциальной помехи
Рисунок 5. Путь протекания тока дифференциальной помехи

Задача испытаний состоит в том, чтобы определить какой уровень помех генерирует устройство. Для имитации сети в процессе испытаний используется специальная схема - эквивалент сети. Он представляет собой электрический четырехполюсник, импеданс которого имеет постоянное значение в полосе частот, на которых производятся измерения во время испытаний. Соответствующую характеристики эквивалента сети можно найти в приложениях к тексту стандарта испытаний.

Рисунок 6. Эквивалент сети для для испытаний на соответствие стандарту CISPR 25
Рисунок 6. Эквивалент сети для для испытаний на соответствие стандарту CISPR 25

Величину полной помехи можно представить в виде двух составляющих: синфазной и дифференциальной. Дифференциальная помеха протекает через силовые проводники в разных направлениях. В отличие от дифференциальной составляющей синфазная помеха протекает по силовым проводам в одном направлении и замыкается через паразитную емкость между полигоном, к которому подключены силовые ключи, и корпусом. Из схем видно, что в одном измерительном плече эквивалента сети токи синфазной и дифференциальной помех складываются, а в другом вычитаются (рисунок 5). Исходя из этого можно написать:

\begin{matrix} V_1=50\left(I_{CM}+I_{DM}\right) \\ {-V}_2=50\left(I_{DM}-I_{CM}\right)\end{matrix}

Что приводит к следующим выражениям для определения уровня синфазных \left|V_{CM}\right| и дифференциальных помех \left|V_{DM}\right|:

\begin{matrix} \left|V_{CM}\right|=\left|50I_{CM}\right|=\left|\frac{V_1+V_2}{2}\right|\\ \left|V_{DM}\right|=\left|50I_{DM}\right|=\left|\frac{V_1-V_2}{2}\right| \end{matrix}

Стандарт CISPR 25 нормирует уровень помех для измерения методом напряжения в дБмкВ.

С чего начать проектирование фильтра?

Основная задача фильтра снизить уровень генерируемых помех ниже пределов, заданных стандартом, на разных частотах. Допустимые уровни помех в соответствии со стандартом CISPR 25 class 5 представлены на рисунке 7.

Рисунок 7. Допустимые уровни помех в соответствии со стандартом CISPR 25 class 5
Рисунок 7. Допустимые уровни помех в соответствии со стандартом CISPR 25 class 5

Проектирование фильтра начинается с анализа методики испытаний.

В соответствии со стандартом CISPR 25 испытания производятся в постановке, представленной на рисунке 8.

Рисунок 8. Методика измерения кондуктивных помех по стандарту CISPR25
Рисунок 8. Методика измерения кондуктивных помех по стандарту CISPR25

Требуемое ослабление фильтра можно рассчитать по формуле:

|Att|_{dB}=\frac{20 log⁡(\frac{I_{peak}}{(π^2 f_{sw} C_{in}} sin⁡(πD))}{(1 мкВ)}-V_{max}

где,

V_{max} – максимально допустимый уровень помех в соответствии со стандартом;

D - коэффициент заполнения;

f_{sw} - частота преобразования;

C_{in} - входная емкость;

I_{peak} - пиковый ток.

Частота среза фильтра f_cможет быть рассчитана:

f_c=\frac{f_{sw}}{10^{(|Att|_{dB}/40)}}

Параметры основных индуктивностиL_fи емкости фильтра C_fМогут быть определены из соотношения:

L_f C_f=\frac{1}{(2πf_c )^2}

Элементы демпфера можно приблизительно рассчитать:

\begin{matrix} C_{damp}≥4C_{in} \\ R_{damp}=\sqrt{(L_f/C_{in} )} \end{matrix}

Расчет паразитной емкости

Рисунок 9. Расположение паразитных емкостей
Рисунок 9. Расположение паразитных емкостей

Для примерной оценки величин паразитной емкости можно воспользоваться в первом приближении формулой емкости плоского конденсатора:

C=εε_0 \frac {S}{d}

где,

S– площадь обкладок;

d– расстояние между обкладками;

ε_0-электрическая постоянная;

 εдиэлектрическая проницаемость материала изолятора.

Так как обкладки паразитного конденсатора имеют значительно различную площадь, то применение формулы емкости даст приблизительный результат. Оценку величины этой емкости целесообразно провести методом конечных элементов (МКЭ).

Для этого подготовленную геометрию печатной платы необходимо загрузить в препроцессор МКЭ решателя (рисунок 10), и назначить элементам геометрии соответующие материалы.

Создание расчетной модели
Рисунок 10. Общий вид расчетной модели
Рисунок 10. Общий вид расчетной модели
Рисунок 11. Полигон GND печатной платы
Рисунок 11. Полигон GND печатной платы
Рисунок 12. Назначение условий возбуждения модели
Рисунок 12. Назначение условий возбуждения модели
Рисунок 13. Металлическое основание испытательного стола Ground Reference Plane
Рисунок 13. Металлическое основание испытательного стола Ground Reference Plane
Рисунок 14. Задание возбуждения модели
Рисунок 14. Задание возбуждения модели

Ко всем полигонам, участвующим в вычислении емкости, применяется условие возбуждения «Voltage».

Вычисление емкости можно производить при помощи решателя для статических моделей, моделей в частотной области или моделей во временной области.

Для вычисления емкости в статической постановке могут использоваться нижеприведенные зависимости.

C=q/U

где,

q- заряд;

U– разность потенциалов.

Рисунок 15. Система тел, используемая для расчета взаимных емкостей
Рисунок 15. Система тел, используемая для расчета взаимных емкостей

Для системы из нескольких заряженных тел может быть составлена система уравнений:

\begin{matrix} Q_1=C_{10} V_1+C_{12} (V_1-V_2 )+C_{13} (V_1-V_3 ) \\ Q_2=C_{20} V_1+C_{21} (V_2-V_1 )+C_{23} (V_2-V_3 ) \\ Q_3=C_{30} V_3+C_{31} (V_3-V_1 )+C_{32} (V_3-V_2 ) \end{matrix}

В матричной форме:

\begin{bmatrix} Q_1 \\Q_2\\Q_3 \end{bmatrix}=\begin{bmatrix} C_{10}+C_{12}+C_{13}&-C_{12}&-C_{13}\\-C_{12}&C_{20}+C_{12}+C_{23}&-C_{23}\\-C_{13}&-C_{23}&C_{30}+C_{13}+C_{23} \end{bmatrix}\begin{bmatrix} V_1 \\V_2\\V_3 \end{bmatrix}

В диагональных элементах матрицы содержаться полные емкости элементов, остальные элементы матрицы представляют собой взаимные емкости.

Для расчета матрицы решатель производит приложение потенциала 1 В к одному элементу возбуждения модели, в то время как остальные элементы возбуждения имеют потенциал 0 В. Количество расчетов соответствует числу элементов возбуждения модели.

Если к металлическому элементу не назначено никакое условие возбуждения, то по умолчанию назначается условия Floating.

Для автоматического расчета матрицы емкости можно применить инструмент Matrix в программном пакете Ansys Maxwell.

Рисунок 16. Задание расчета матрицы емкости
Рисунок 16. Задание расчета матрицы емкости

После выполнения расчета получим значения взаимных емкостей между элементами модели.

Рисунок 17. Значения взаимных емкостей между элементами модели
Рисунок 17. Значения взаимных емкостей между элементами модели

Таблица 2. Исходные данные для расчета элементов фильтра

Таблица 3. Параметры фильтра

Таблица 4. Параметры элементов фильтра

После получения значений паразитных емкостей они были внесены в SPICE модель.

В процессе этого исследования было проведено моделирование различных фильтров, спроектированных для работы в преобразователях с различными частотами коммутации ключей (250, 350, 450 и 550 кГц). Увеличение частоты приводит к снижению размеров элементов фильтра, но сопровождается ростом потерь на силовых ключах, что является нежелательным. В статье приведены данные расчетов только для частоты 250 кГц, так как результаты на других частотах являются аналогичными.

Таблица 5. Характеристики синфазного дросселя

На частоте 250 кГц было проведено 4 вычислительных эксперимента:

  • —  без фильтра;

  • —  с Г образным LC фильтром;

  • —  только синфазным дросселем;

  • —  с комбинированным фильтром.

Рисунок 18. Эскиз расчетной модели без применения фильтра
Рисунок 18. Эскиз расчетной модели без применения фильтра
Результаты
Рисунок 20. Спектр кондуктивной помехи на выводе V1 при отсутствии фильтра
Рисунок 20. Спектр кондуктивной помехи на выводе V1 при отсутствии фильтра
Рисунок 21. Спектр дифференциальной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при отсутствии фильтра
Рисунок 21. Спектр дифференциальной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при отсутствии фильтра
Рисунок 22. Спектр синфазной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при отсутствии фильтра
Рисунок 22. Спектр синфазной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при отсутствии фильтра

Рисунок 23. Эскиз расчетной модели с Г-образным фильтром
Рисунок 23. Эскиз расчетной модели с Г-образным фильтром
Результаты
Рисунок 24. Спектр кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении Г-образного фильтра
Рисунок 24. Спектр кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении Г-образного фильтра
Рисунок 25. Спектр дифференциальной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении Г-образного фильтра
Рисунок 25. Спектр дифференциальной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении Г-образного фильтра
Рисунок 26. Спектр синфазной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении Г-образного фильтра
Рисунок 26. Спектр синфазной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении Г-образного фильтра

Рисунок 27. Эскиз расчетной модели с паразитными параметрами и синфазным дросселем
Рисунок 27. Эскиз расчетной модели с паразитными параметрами и синфазным дросселем
Результаты

Рисунок 28. Спектр кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении синфазного дросселя
Рисунок 28. Спектр кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении синфазного дросселя
Рисунок 29. Спектр дифференциальной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении синфазного дросселя
Рисунок 29. Спектр дифференциальной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении синфазного дросселя
Рисунок 30. Спектр синфазной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении синфазного дросселя
Рисунок 30. Спектр синфазной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении синфазного дросселя

Рисунок 31. Эскиз расчетной модели с комбинированным фильтром
Рисунок 31. Эскиз расчетной модели с комбинированным фильтром

Идея комбинированного фильтра основывается на том, что синфазный дроссель кроме основной синфазной индуктивности имеет еще и паразитную дифференциальную индуктивность. Это позволяет предположить, что можно одновременно использовать оба параметра. В таком случае можно считать, что дифференциальная индуктивность является эквивалентом индуктивности фильтра L_fобычного Г-образного фильтра.

Результаты
Рисунок 32. Спектр кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении комбинированного фильтра
Рисунок 32. Спектр кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении комбинированного фильтра
Рисунок 33. Спектр дифференциальной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении комбинированного фильтра
Рисунок 33. Спектр дифференциальной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении комбинированного фильтра
Рисунок 33. Спектр синфазной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении комбинированного фильтра
Рисунок 33. Спектр синфазной составляющей кондуктивной помехи на выводе V1 при добавлении комбинированного фильтра

Результаты моделирования

По результатам моделирования можно сказать, что электронный блок, не оснащенный фильтром электромагнитных помех, не смог бы пройти испытаний на электромагнитную совместимость, так как уровни генерируемых помех значительно превышали бы установленные значения.

Применение Г-образного LC фильтра позволяет достичь уровней помех, установленных стандартом, но стоит учитывать допущения, принятые в процессе создания моделей. При расчете по аналитическим выражениям можно получить значения параметров элементов фильтра в первом приближении и использовать в качестве начальной точки при проектировании фильтра. Генерируемые помехи в этом случае немного превышают установленные значения или немного не доходят до них.

Снижение частоты среза Г-образного LC фильтра может не привести к уменьшению общего уровня помех, что ставит перед инженером вопрос о дальнейшей доработке проекта. Потенциально имеется два направления работы: применение синфазной секции фильтра или снижение площади полигона под транзисторами. Стоит помнить, что дБмкВ представляют собой логарифмическую величину, поэтому не стоит надеется на то, что уменьшение паразитной емкости в 2 раза приведет к снижению уровня помех в 2 раза.

Применение синфазного дросселя увеличивает габариты платы, в то время как снижение паразитной емкости требует изменения расположения элементов на печатной плате. Стоит учитывать дифференциальную индуктивность синфазного дросселя, при значительной величине данного параметра возможно совместить синфазный и дифференциальный фильтр.

В каждом конкретном случае решение остается за проектировщиком, но применение расчетных методик позволяет на начальном этапе произвести количественный анализ конструкции и выбрать оптимальное решение. Не стоит забывать о том, что моделирование зависит от точности исходных данных и допущений, принятых при создании моделей.

Если у вас нет PSPICE и Ansys, то вы можете использовать другое решение для моделирования схемы, например, LTSpice. Ansys можно попробовать заменить справочником по расчету емкостей Иоссель Ю.Я., Кочанов Э.С., Струнский М.Г. Расчет электрической емкости.

Используемые программные продукты:

Pspice – одномерное моделирование электрических цепей;

Ansys Maxwell – расчет паразитных емкостей;

Matlab – построение графиков.

Комментарии (22)


  1. order227
    29.06.2022 22:07
    #24484480
    +4

    Ansys можно попробовать заменить справочником
    Лучше заменить его все таки на 3D FEM OpenEMC, путь менее тривиальный, но зато не надо платить ~80к$ :))


    1. zuganov Автор
      29.06.2022 22:21
      #24484506
      +1

      Можно и так. Выбор инструмента оставим за проектировщиком :)) Я не проверял формулы из справочника касательно расчета ёмкости, но был опыт расчета индуктивности катушки таким способом, и результаты были вполне ничего для первого приближения. Формулы можно занести в excel и получить экспресс оценку, если хочется быстро получит результат. Если есть желание можно освоить fem решатель, как сделал это я. Но это, как говорится, уже совсем другая история.

      У формул есть несомненный плюс, они позволяют проверить адекватность решения методом МКЭ. Сам метод конечных элементов таит в себе много подвохов для проектировщика - задача может сойтись к решению, но результат не будет иметь ничего общего с реальностью. Можно просто получить набор цветных картинок.


      1. order227
        29.06.2022 22:40
        #24484536

        Тут полностью согласен, очень полезно знать и как-то понимать, что происходит под капотом решателя. Предлагаемый OpenEMC к этому особо чувствителен, то есть это просто решатель с оболочкой, определение корректности результата исключительно на стороне инженера))

        P.S. за статью спасибо: и интересно, и живым понятным языком написана


        1. zuganov Автор
          29.06.2022 23:06
          #24484596
          +2

          К счастью или к сожалению, путь, который здесь описан, пройден ножками методом шаг вперёд и два назад. Статья написана для того, чтобы этот опыт остался доступным тем, кому он может сэкономить время и деньги, и чтобы эти результаты не умерли просто так. Иначе время, потраченное авторами можно просто умножить на 0. Работа выполнена силами одного студента и одного аспиранта. Специальность этих людей не связана с моделирование электромагнитных полей, моделированием схем и микроэлектроники. Предложенная методика, как и говорится в начале статьи, была разработана на основе методики Wurth electronics, но дополнена методом определения паразитных ёмкостей в явном виде. Я постараюсь пригласить для обсуждения полученных результатов представитель Wurth, как минимум я отправлю им ссылку на статью.

          Проверить экспериментально полученные результаты в моделях не получилось, так как отсутствует анализатор спектра и lisn на необходимый ток (15а).

          Сам электронный блок, который используется в качестве примера в данной статье, действительно существует. Это был первый коммерческий опыт разработки (неудачный). Также блок был проанализирован с точки зрения тепловыделения ( потери на элементах рассчитаны в PSpice, тепловые карты построены в Ansys icepack). Тепловая модель верифицирован экспериментально для прототипа на текстолита fr4, также было проведено моделирование платы с металлическими основанием. На текстолита расхождение с экспериментом было в районе 8%. В эксперименте блок работал при номинальной нагрузке, температура измерялась тепловизором и термопарами.


        1. zuganov Автор
          29.06.2022 23:34
          #24484648
          +4

          Если кому нибудь будет интересно, то можно рассмотреть возможность написания статьи о тепловом моделировании. Также есть небольшое продвижение в области моделирования излучаемых помех. Нетронутыми остались вопросы механической прочности и надёжности.


          1. segment
            30.06.2022 00:02
            #24484682
            +1

            Нужно, полезно.


          1. order227
            30.06.2022 00:57
            #24484756

            А равзе icepak позволяет сделать полноценное CFD? Для этого вроде есть fluent, а icepak все таки для моделирования тепла по самой плате и компонентам.


            1. zuganov Автор
              30.06.2022 08:37
              #24485026

              Насколько я понимаю, Icepack это пре/постпроцессор. Сама задача решается при помощи решателя CFX. В Icepack есть адаптированные под нужды электроники методы задания возбуждения, и ещё методы построения сетки в тонких, по сути пленочных, метализированных слоях печатной платы. Icepack как раз и разработан для оценки теплового состояния электронного оборудования и разработки систем охлаждения для него.


  1. StpMA
    30.06.2022 08:38
    #24485030

    Статья очень интересная. Но боюсь, реальная картина будет другая. Тут учитывается только топология и никак не учтены компоненты, реальный корпус.
    Не учитывается поле рассеивания дросселя.
    Цепь управления затвором стараются сделать покороче. Если к коротким дорожкам платы добавить выводы элементов цепи затвора, то емкость может значительно возрасти. И.т.д.


    1. zuganov Автор
      30.06.2022 08:51
      #24485040

      В статье предложенной методике скорее как раз таки учитываются параметры компонентов. Топология представлена лишь в виде паразитных ёмкостей. При построении моделей всегда ставится вопрос о том, какое явление и в каких пределах нужно исследовать. Те ёмкости и индуктивности, о которых Вы пишите, влияют скорее на высокочастотную часть спектра и на излучаемые помехи. В статье речь идёт о моделировании кондуктивных помех и прохождении испытаний на соответствие стандарту CISPR25 (можно и другой). Индуктивность расселения дросселя учитывается в Spice модели, поэтому иногда можно сделать попытку совместить синфазные и дифференциальный фильтр в одном элементе (комбинированный фильтр). Для решения задачи определения уровней излучаемых помех необходимо использовать уже решатель hfss. У Ansys есть пример прямо в справке, иллюстрирующий виртуальные испытания на определение уровня излучаемых помех, соответствующая модель прилагается в библиотеке примеров. Типовое геометрия стола, безэховой камеры и антенны тоже есть в библиотеке стандартных компонентов. При моделировании важно понимать, какой результат нужно получить, и какие ограничения есть. Для одного случая может быть достаточно закона Ома и уравнений Кирхгофа, в другом же нельзя обойтись без уравнений Максвелла.


      1. StpMA
        30.06.2022 09:06
        #24485086

        Я имел ввиду не индуктивность рассеяния (её вы учтете в Spice-моделировании). Я говорил про поле вокруг силового дросселя преобразователя. Если дроссель не экранированный, то наведет вокруг себя на все до чего дотянется. А если даже экранированный, то у него выступают выводы. Допустим, нас интересует кондуктивная помеха в диапазоне 1-10МГц. Цепь затвора на таких частотах только начинает звенеть. Площадь у неё маленькая. А рядом дроссель. С большими выводами (емкость) и полем вокруг. Мне кажется, что вклад силовой части в порождении синфазной помехи тут будет больше.
        Я не предлагал вам моделировать безэховую камеру. Там как раз модели довольно простые. Сложно смоделировать как ваш преобразователь будет внутри своего металлического корпуса свистеть вобход фильтра.


        1. zuganov Автор
          30.06.2022 09:33
          #24485154

          Разные задачи - разные подходы. Если нужно провести моделирование ещё и излучаемых помех, учесть излучение дросселей и других компонентов, то необходимо использовать уже решатель hfss. В таком случае можно будет учесть корпус. Всегда стоит вопрос о том, насколько усложнение модели позволяет поднять точность в исследуемой области. Ansys для проведения виртуальных испытаний предлагает в примере для определения кондуктивных помех использовать комбинированную модель: печатная плата - конечно элементная модель, модели компонентов - spice модели. При моделировании всегда следует помнить об ограничениях и допущениях при построении модели, метод приведенный в статье не предназначен для оценки излучаемых помех, но может помочь при оценке кондуктивных помех. Если это необходимо, то можно дополнить модель параметрами цепи затвора. Создание модели цепи затвора и определение ее параметров носит характер отдельного исследования. Стоит заметить, что при использовании стандартного синфазного дросселя подавление возрасло на столько, что получился значительный запас для прохождения испытаний. Вероятно столь детальное исследование имеет смысл, если требуется получить очень оптимальное решение и есть готовность проектировать пассивные компоненты. В противном случае можно просто увеличить запас.


          1. Hlad
            30.06.2022 14:14
            #24486110

            В данном конкретном случае (помехоподавляющие фильтры в источниках питания) переизлучение помех вносит даже не решающий, а определяющий вклад в итоговый результат. Не учитывать его — просто некорректно.


            1. zuganov Автор
              01.07.2022 13:45
              #24488798

              Можно построить более сложную модель для учета излучения, но это требует уже других инструментов. При помощи одномерного моделирования можно спроектировать и оценить полученное решение, также можно посмотреть как различные элементы влияют на итоговый результат. Аналогичные методики оценки предлагают Texsas Instruments и Wurth Electronics. Наличие какого то решения лучше, чем отсутствия решения вообще. Методика не позиционируется как способ гарантированно получить стопроцентный результат, но может помочь снизить трудозатраты и более осознанно двигаться при проектировании.


  1. Gudd-Head
    30.06.2022 13:15
    #24485934

    Номинальная выходной ток

    Потенциальной имеется два направления работы

    ДбмкВ

    Поправьте


    1. zuganov Автор
      30.06.2022 13:31
      #24485980

      Исправил в тексте, спасибо.


  1. Wallhead
    30.06.2022 14:48
    #24486206

    Для тех, кому не нужно или не доступно моделирование вот несколько неплохих видосов про EMC и его тюнинг тыц, тыц2


    1. zuganov Автор
      30.06.2022 16:04
      #24486444
      -1

      Общие вопросы проектирования печатных плат можно посмотреть здесь.


      1. order227
        01.07.2022 13:17
        #24488704

        Не надо там смотреть, автор выдает слишком много спорных вещей)) Есть же нормальные книги Эрика Богатина и по SI/PI и по проектированию PDN, вторая как раз рассматривает PI и EMC.


        1. zuganov Автор
          01.07.2022 13:33
          #24488760

          Спасибо за рекомендованную литературу)


  1. quaer
    01.07.2022 00:05
    #24487406

    демпфер (для подавления резонансных явлений между фильтром и входным конденсаторомC_{in})

    Небольшое дополнение: выходной импеданс фильтра должен быть много ниже входного импеданса конвертера. А так как входной импеданс импульсных конверторов отрицательный, надо чтобы фильтр ещё и не звенел. Демпферная цепочка нужна для минимизации пика выходного импеданса. Расчётная формула отличается от той, что написали вы. Подробности можно прочитать тут:

    Robert W. Erickson, "Optimal Single Resistor Damping of Input Filters".
    C. Basso, "Input Filter Interactions with Switching Regulators".


    1. zuganov Автор
      01.07.2022 10:50
      #24488196

      Спасибо за ваше дополнение. Если депмфер спроектирован неверно, то это будет хорошо видно Spice моделировании - появятся колебания между преобразователем и фильтром.