CN111934539A - 一种抗电磁干扰的非隔离性dc-dc电路板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗电磁干扰的非隔离性DC‑DC电路板，包括印制电路板、以及设于印制电路板上的DC‑DC电源芯片、滤波电容、整流二极管和储能电感，所述滤波电容连接在DC‑DC电源芯片的输入端，整流二极管和储能电感连接在DC‑DC电源芯片的输出端，整流二极管接地，储能电感后连接负载；DC‑DC电源芯片内部开关在闭合或断开的转换瞬间，所产生的电流回路围合的面积为瞬变电流回流面积，在靠近滤波电容处设置整流二极管，以使瞬变电流回路面积减小，进而降低磁通量来减小电磁干扰。本发明的非隔离性DC‑DC电路布局更加优化，在确保开关管闭合电流回路和断开电流回路的面积最小化的同时，也减小了瞬变电流回路的面积，降低了电流回路对外围芯片以及信号线的电磁干扰。

Description

一种抗电磁干扰的非隔离性DC-DC电路板
技术领域
本发明涉及电源电路技术领域，具体涉及一种抗电磁干扰的非隔离性DC-DC电路板。
背景技术
非隔离性DC-DC电源广泛应用于电力电子、军工、科研、工控设备、通讯设备、移动通讯、路由器等通信领域和工业控制、汽车电子、航空航天等领域，随着产品性能要求的不断提高，对DC-DC供电能力的要求也越来越高。与隔离式DC-DC相比较，非隔离性DC-DC采用模块组建电源系统，它的设计周期更短、可靠性高、系统升级容易，非隔离性DC-DC转换是用于同一控制板里。在选用时会根据实际使用电路环境来选择。
DC-DC开关电源在工作过程中，开关管的电压切换以及输出整流二极管的反向电流都是构成电磁干扰的主要因素。
若DC-DC电源的电磁干扰过大，将会影响整块电路板的性能，最直接影响DC-DC电源电路周围元器件和走线信号的正常通信。常用的减小电磁干扰的措施包括屏蔽、隔离、加装EMI滤波器以及印制板的布局布线的优化。
目前，非隔离性DC-DC的布局摆放虽然都考虑到了开关管闭合电流回路和断开这两个主要电流回路的面积最小化，但是对于瞬变电流回路的关注较少，所以往往设计出来DC-DC电路还是会存在电磁干扰的现象，因此就需要关注有关瞬变电流回路的问题来优化产品。
要提高DC-DC开关电源的效率，提高电源产品的质量，电磁干扰的问题是不容忽视的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抗电磁干扰的非隔离性DC-DC电路板，该方法通过改变整流二极管在印制电路板上的位置，来降低瞬变电流回路面积，以达到改善非隔离性DC-DC电路电磁干扰的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种抗电磁干扰的非隔离性DC-DC电路板，包括印制电路板、以及设于印制电路板上的DC-DC电源芯片、滤波电容、整流二极管和储能电感，所述滤波电容连接在DC-DC电源芯片的输入端，整流二极管和储能电感连接在DC-DC电源芯片的输出端，整流二极管接地，储能电感后连接负载；DC-DC电源芯片内部开关在闭合或断开的转换瞬间，所产生的电流回路围合的面积为瞬变电流回流面积，在靠近滤波电容处设置整流二极管，以使瞬变电流回路面积减小，进而降低磁通量来减小电磁干扰。
根据法拉第电磁感应定律可知，电磁感应是指因磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应是产生电磁干扰的主要原因之一，要减小或消除印制板的电磁干扰，必须先从减小或消除磁通量开始。
法拉第电磁感应定律如下所示：
电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通变化率成正比，如下公式所示：
Figure 762982DEST_PATH_IMAGE001
（1）
式（1）中，ε为产生的感应电动势，单位为V，△Φ为磁通量变化量，单位Wb，△t为发生变化，单位为s。
其中，
Figure 148964DEST_PATH_IMAGE002
（2）
式（2）中，Φ为磁通量，单位Wb，B为均匀磁场的磁感应强度，单位T，S为正对磁场的面积，单位m²。
上述关系式表明，电流回路的面积越小，所产生的磁通量就越小，从而使得产生的电磁干扰就越小；如果将回路面积减小到零，也就不会产生电磁干扰。
所述抗电磁干扰的非隔离性DC-DC电路板是指在印制板设计中，调整所述整流二极管在印制电路板上的位置，使其靠近电源芯片电压输入端滤波电容，进而使瞬变电流回路面积最小化。
进一步地，所述整流二极管与电源芯片电压输入端滤波电容焊接在印制电路板的同一层。
本发明采用对印制板的布局布线优化的措施，将非隔离性DC-DC电源的电流回路面积最小化，减低磁通量变化以此来减小电磁干扰。在确保开关管闭合电流回路和断开电流回路的面积最小化的同时，也减小了瞬变电流回路的面积，降低了回路对外围芯片以及信号线的电磁干扰，优化了元器件与信号线的通信环境。
附图说明
图1为现有技术的DC-DC电路原理图。
图2为现有技术的DC-DC电路印制电路板示意图。
图3为现有技术的DC-DC电路印制电路板瞬间回流电路示意图。
图4为本发明的DC-DC电路印制电路板示意图。
图5为本发明的DC-DC电路印制电路板瞬间回流电路示意图。
图中标记：U1、DC-DC电源芯片；C1、滤波电容；C2、电容；D1、整流二极管；L1、储能电感。
具体实施方式
如图1所示，所述DC-DC电源电路包括DC-DC电源芯片U1、滤波电容C1、整流二极管D1和储能电感L1，所述滤波电容C1连接在DC-DC电源芯片U1的输入端，整流二极管D1和储能电感L1连接在DC-DC电源芯片U1的输出端，整流二极管D1接地，储能电感L1后连接负载，具体实现所述DC-DC电源电路是将上述所述芯片以及电子元器件焊接在已经印制了电路原理的印制电路板，当DC-DC电源芯片U1内部开关闭合时，连接在DC-DC电源芯片U1输入端的电源通过储能电感L1给负载供电，并将部分电能存储在储能电感L1以及电容C2中，开关断开时，由于储能电感L1的自感作用，将保持电路中的电流不变，电流流过负载通过接地线返回，流线整流二极管D1的正极，经过整流二极管D1返回储能电感L1，从而形成一个回路。在DC-DC电源芯片U1内部开关闭合或断开的瞬间所产生的电流回路成为瞬变电流回路，瞬变电流回路围合的面积成为瞬间电流回流面积。
图2表示为现有技术DC-DC电源芯片U1、滤波电容C1、整流二极管D1和储能电感L1等器件在印制电路板上的布局，通常设计人员在进行电路布图设计时候会根据芯片引脚连接的元器件选择靠近设置，减少布线长度，因此滤波电容C1会设在靠近DC-DC电源芯片U1的输入引脚处，而整流二极管D1设在靠近DC-DC电源芯片U1的输出引脚处。
如图4所示，本实施例将所述整流二极管D1的位置调整至靠近所述滤波电容C1，在印制电路板空间允许的情况下，所述整流二极管D1和滤波电容C1之间的距离越近越好，并设法使两个元器件彼此之间保持平行，这样构成的瞬变电流回路面积越小，所述瞬变电流回路图中所述虚线表示，实线表示为开关闭合电流回路，点划线为开关断开的电流回路，电流回路中有电流通过时，每一个支路都会产生磁力线圈，回路面积越小，彼此之间保持平行，产生的外部磁场之间的作用力就会趋向于相互抵消，所产生的电磁干扰就会变小；回路面积越大，产生的外部磁场之间的相互作用力就会越小，无法做到相互抵消或者抵消效果减小，因此相对应的电磁干扰就会相对较大，如图3所示，为现有技术整流二极管D1与滤波电容C1所产生的瞬变电流回流面积，其回路面积大，其电磁干扰强；图5为本实施例的瞬变电流回路，其回路面积小，其电磁干扰弱。
本实施例所述整流二极管D1与滤波电容C1设在印制电路板的同一层，可保证瞬变电流回路的阻抗低，且与整流二极管D1与滤波电容C1设在所在层相邻的层为接地层，便于电流回路。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种抗电磁干扰的非隔离性DC-DC电路板，包括印制电路板、以及设于印制电路板上的DC-DC电源芯片、滤波电容、整流二极管和储能电感，所述滤波电容连接在DC-DC电源芯片的输入端，整流二极管和储能电感连接在DC-DC电源芯片的输出端，整流二极管接地，储能电感后连接负载；DC-DC电源芯片内部开关在闭合或断开的转换瞬间，所产生的电流回路围合的面积为瞬变电流回流面积，其特征在于：在靠近滤波电容处设置所述整流二极管，用于减小瞬变电流回路面积。
2.根据权利要求1所述的抗电磁干扰的非隔离性DC-DC电路板，其特征在于：所述整流二极管与滤波电容焊接在印制电路板的同一层。
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