EMC干扰的本质及BUCK拓扑分析

EMC干扰的本质及BUCK拓扑分析思维导图，包括EMC干扰本质、干扰的产生、BUCK拓扑分析三部分内容。

27、EMC干扰的本质及BUCK拓扑分析

• EMC干扰本质
  • EMC三要素：干扰源、回流路径、检测设备
  • 干扰源表现出来的就是dv/dt、di/dt
  • EMC的本质就是dv/dt、di/dt
    • dv/dt、di/dt指的就是电压变化率、电流变化率，变化的电流→变化的磁场
    • 回路中，如果有交变的磁场，那么就构成了环路天线效应，会产生辐射
    • 据法拉第电磁感应定律，我们知道，当一个闭合导体在一个磁场做切割运动时，会产生感应电动势从而产生感应电流 对于弱信号来说，叠加了一个感应电流后，就改变了原有的信号.
  • 对于MOS管所产生的dv/dt、di/dt，这样的干扰源来说，我们其实可以通过源头来解决或者说有时候能够有效抑制
• 干扰的产生
  • MOS 管在每一次的开关过程中，都会伴随着 dv/dt、di/dt，所以说，MOS 管的不断开关开关，就是一个高低高低的周期信号，可以用方波来表示， 方波信号用傅里叶展开，可以拆解成若干不同频率和幅值的正弦信号叠加
  • 基波正弦信号，假设用cos(x)表示。电学中我们讲解的正弦信号，一般是用余弦来表达 基波上叠加一个频率更高的正弦信号，这个频率更高的正弦信号，给它起另外一个名字：高次谐波。 绿色的波形是叠加之后的波形，粉色的高次谐波也可以用一个正弦表达式a*cos(3x)，幅值我们不知道，只是假设一个a，但是频率上，很明显是3倍的关系。
  • 在之前的波形上，再叠加一个9次的高次谐波 墨绿色的波形是叠加之后的波形
  • 依次类推，最终我们可以认为一个方波信号，可以是由若干扰高频的正弦信号叠加
  • 方波的沿越陡，dv/dt、 di/dt越陡，高次谐波含量就越丰富. 高次谐波就是高频信号，对于一个高频信号来说，任何一个小小的寄生参数都能成为它的通路对吧。
    • 公式：Xc=1/2πfC 一个信号的频率f越大，那么它的容抗就越小，高频信号就越容易通过去
    • 二极管结电容
    • 电感本身是一圈绕制出来的吧，它也存在寄生电容
• BUCK拓扑分析
  • 三极管搭建LDO： 所有的电路都遵循：源、回路、阻抗 R2是给稳压二极管提供源，本身也起到了限流的作用，阻抗当中的“阻抗”稳压管本身可不能作为阻抗， 负载变化了，E点也能稳定在5V， LDO是恒压源电路，他的本质就是：“电阻分压”。三极管的等效内阻Rce和负载等效电阻分压。
    • LDO之所以能实现稳定的 5V输出，是内阻分压的结果，所以，它本身不会产生任何干扰对吧，没有dv/dt对吧，但是稳压管的离散性很大，比如说5.7V的稳压管，在同一批中，有的可能5.5V，有的可能是5.9V，这很常见，所以，分立LDO可以采用TL431
  • 三极管搭建LDO：（采用431进行反馈） 稳压管换成右边的TL431，TL431内部是一个精密的误差放大器，不知道内部没关系，只需要知道，Vr 这里的电位始终维持在 2.5V，这是器件的特性决定的
    • Vo升高→Vr升高→Rka内阻减小→R1和Rka分压后的B点电位下降→由于Q1的be钳位特性→Vo下降 从最初的的Vo升高，到最后的Vo下降，实现了一个负反馈的调节,TL431就是一个可以通过Vr电位，来调节自身的Rka内阻的 缺点：三极管的功耗 P=Ic*Vce，Vce是输入输出压差，Ic 其实就是负载电流Io，假设 Io=0.1A，那么 P=7V*0.1A=0.7W，这对于三极管来说，功率有点大了 要想成本低，又想带大负载，很明显LDO是不行的
  • Rce是三极管的等效内阻，这是它的特性决定的，无法消除 Rce降低，几乎为0，那么就能把器件本身的功耗降低，带更大的负载 MOS管导通后内阻很小，这是MOS管的器件特性决定的 MOS管就相当于水龙头，不断的开关开关，只要频率足够高，理论上是可以实现控制的。检测输出C2的电位，高了，就关闭 MOS管；低了，就开通MOS 管，但是，这里有一个很严重的问题。 分析电路可以从源、回路、阻抗的角度 MOS管打开后，左右两边相当于一根导线，把310V和15V直接短路了，从另一个角度去理解的话：当MOS 管打开后，310V 经过 MOS 管，给 C2 电容充电，这条红色回路中阻抗几乎为0，对吧，所以，得加一个限流器件才行，才能让源、回路、阻抗完整
    • 加入限流：要么电阻、要么电感（选择电感） 电感是储能器件，电阻是耗能的 当 MOS管打开后，由于电感具有阻碍电流变化的作用，所以对电流起到了限制作用，充电电流不会那么大，对的，红色回路上的电流会逐渐增大，到达15V后关闭MOS管 1、MOS管开通后，电感具有阻碍电流增大的作用，所以产生左正右负的自感电动势 2、MOS管断开后，电感同样具有阻碍电流减小的作用，所以产生右正左负的自感电动势，电感总是和外加条件反着来，像一个调皮的孩子，所以得增加一个续流二极管，让他形成一个释放回路
  • 这个电路结构，就是 BUCK 电路的拓扑，BUCK 电源的本质，就是通过不断开关开关，稳定输出电容上的电压的，只要我的开关频率足够快，就能实现调控。 BUCK电源的核心就是：电感，那么，电感在这里起到了能量搬运的作用 MOS管导通，给电感充能；MOS 管断开，电感放能，一个周期内，MOS管开关各一次，电感也就充放能一个周期，这就是实现了一次完整的能量搬运，它的每次搬运，都是通过 MOS管开关开关实现的，这就是BUCK电路工作的本质。
    • A点来说，MOS管开通时，是310V，MOS管断开时，是-0.7V MOS管在不断开关开关，A点的电位就会在310V和-0.7V来回变化，这就是dv/dt