[发明专利]一种抗电磁干扰的非隔离性DC-DC电路板

说明书

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、输入滤波电容、整流二极管、储能电感、输出滤波电容，本发明仅仅改变整流二极管的放置位置，使整流二极管放置在靠近输入滤波电容，进而使输出回路尽量与输入回路靠近；DC‑DC电源芯片的开关管断开瞬时，储能电感前电路电流产生突变，电流产生的磁场减少，而输出回路中的突变电流产生的磁场增加，这两种突变电流产生的磁场叠加，减少了突变电流区域的总磁场变化率，从而达到减少或消除因磁场变化产生的感应电压，也就降低了电磁干扰。

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、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无需设计隔离变压器，因此设计周期短、体积小、成本低、可靠性高。由于不同的器件对电源电压的不同需求，甚至同一个器件都有多种电源电压，在同一电路板中，因此往往存在多个非隔离性DC-DC电路。非隔离性DC-DC电路分为同步整流DC-DC和异步整流DC-DC，两者的区别在于整流电路是选用的是二极管还是整流管。大部分同步整流DC-DC电路的整流管一般集成在DC-DC芯片内，但也有部分大电流或高电压同步DC-DC电路选用外置整流管。

DC-DC开关电源在工作过程中，开关管的开关状态切换以及输出整流二极管(或整流管)的整流电流造成的突变电流，都是构成电磁干扰的主要因素。

若DC-DC电路的电磁干扰过大，除直接影响DC-DC本身电路性能，造成输出电压纹波过大、负载能力变差、频谱分量超标等性能恶化外，电磁干扰还可以通过线路传导或空间辐射干扰其他电路或设备。要提高DC-DC开关电路的性能，提高产品的质量，电磁干扰的问题是不容忽视的问题。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等。屏蔽、隔离、加装EMI滤波器等措施都需要增加额外的器件，增加了电路成本和体积。由于对DC-DC电路板布局进行优化设计不增加元件成本，如只采用电路板布局优化措施则可降低电磁干扰则更具有的现实意义。

非隔离性DC-DC主要工作在开关管闭合和断开两种状态：

开关管闭合时，主电流回路称开关管闭合电流回路，简称输入回路，如图1所示；开关管断开时，主电流回路称开关管断开电流回路，简称输出回路，如图2所示；图1和图2中粗黑线表示主电流的路径，箭头代表方向。

如图1所示，当DC-DC开关管闭合时，高频电流从输入电容C_IN通过DC-DC芯片V_IN管脚流过开关管，再通过开关管输出SW管脚进入并通过储能电感L后进入并通过输出电容C_OUT和接地线路并返回到输入C_IN。

DC-DC开关管断开瞬间，中断了输入电容C_IN的电流输出，原输入电流回路储能电感L前路径上电流从“有变为无”，存在电流突变即电流瞬态变化，如图3所示。当DC-DC开关管断开瞬间，由于储能电感L具有维持电流方向的特性，储能电感L产生反向电动势，储能电感L与二极管D相连的节点变为负电压，二极管D导通，二极管D上电流“从无到有”，因此二极管D及相连的线路上也同样存在电流瞬变情况，如图4所示；储能电感L及输出滤波电容C_OUT上电流方向不变，故储能电感L及输出滤波电容C_OUT上没有电流瞬变。图5为开关管断开瞬间电流突变路径，可以通过输入回路电流突变路径图(图3)和输出回路电流突变路径(图4)可以合成为图5。也可用图1电流路径减去图2中相同的电流路径或图2电流路径减去图1中相同电流路径(即图1和图2电路路径的差异)，都可以得出图5所示的开关管断开瞬间电流突变路径，即图5中表示图1和图2的“差别”。可以看出，正是因为输入回路和输出回路在DC-DC开关切换瞬间电流路径的异同，恰是产生突变电流的原因。