PCB元器件布局优化设计及电磁干扰分析

摘要

本论文以BOOST变换器为电路拓扑结构来研究线路寄生参数对传导电磁干扰(EMI-Electromagnetic Interference)的影响。变换器的印刷电路板(PCB)上元器件布局及布线对EMI有重要的影响，设计优良的PCB布局和布线是减小电磁干扰最经济的手段，有一些原则或者方法来指导元器件的布局和布线是非常有意义的，对预测和改善PCB电磁兼容设计是一个重要的方向[1][2][3]。
　　阻抗稳定网络(LISN)是测试传导电磁干扰的必要设备[4][5]，建立基于电网络理论的BOOST变换器传导噪声等效模型是优化的重要部分，也就是说从电路的角度出发来建立噪声的数学模型（对于传导噪声可以用电路等效，超过传导噪声则用场来考虑），这样便于利用电网络来求解电路的解析表达式，从而求出优化的目标函数，当然目标函数应为传导共模(CM-Common Mode)噪声和差模(DM-Different Mode)噪声的分贝值，也就是LISN的50Ω电压值，数学模型可以很清楚的分析各元器件的参数、及导线寄生参数对差模和共模噪声的影响。利用MTLAB分析导线寄生参数对差模和共模噪声的数学模型的变化，进行数值计算和作图分析，分析出寄生参数与差模和共模的关系，有利于指导我们设计布局布线，然后运用SABER仿真软件对不同寄生参数的传导性噪声仿真研究，最后通过试验测试了传导噪声干扰的时域信号，进一步验证了布局原则的正确性，对实际的PCB布局有了指导性意义。
　　本文通过对差模噪声和共模噪声建立了数学模型，并对数学模型进行了优化分析，对开关电源布局进行了初次探讨研究，为这一技术的进一步发展提供了新的思路。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 传导EMI建模与仿真

1．2．2 布局平衡抑制技术

1．3 PCB布局的EMI设计

1．4 主要研究内容安排

2 电磁兼容和BOOST变换器EMI概述

2．1 电磁兼容和电磁干扰的概念

2．2 开关电源EMI标准

2．3 传导EMI测量

2．4 差模电压和共模电压

2．5 BOOST变换器干扰源分析

2．5．1 功率场效应管

2．5．2 功率二极管

2．5．3 封装寄生电容计算

本章小结

3 传导EMI的布局数学模型

3．1 BOOST EMI传导路径分析

3．2 传导EMI噪声数学模型建立

3．3 核心导线布局数学模型建立

本章小结

4 布局的优化分析及仿真

4．1 MATLAB仿真分析

4．1．1 差模仿真

4．1．2 共模仿真

4．2 传导干扰的EMI仿真

4．2．1 Saber仿真软件特点

4．2．2 时域噪声信号FFT变换

4．3 布局参数对EMI的影响

4．3．1 差模干扰仿真结果

4．3．2 共模干扰仿真结果

4．3．3 仿真结果分析

本章小结

5 实验及结果分析

5．1 PWM电路和驱动电路

5．2 实验结果

结论及展望

致谢

参考文献