本發明專利技術涉及一種提高大功率器件或者大功率器件模組電磁兼容性能的設計方法，包括４個部分：單個大功率器件的ＰＣＢ模塊、多個大功率器件串聯的ＰＣＢ模塊、由多個輸入輸出端口器件串聯構成的ＰＣＢ模塊、輸入或者輸出有一端共用構成的ＰＣＢ模塊。利用電流回路本身構造互相抵消的多個電磁場，達到高性能ＥＭＣ的目標。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及集成電路和電路板設計領域，特別是一種提高大功率器件或者大功 率器件模組電磁兼容性能的設計方法。電磁兼容性能的提高是通過構造一對對互相抵消 的子回路實現的子回路可以將自身的電磁輻射互相抵消，而且在外界電磁場干擾時， 每一對子回路產生的感應電流大小相等，方向相反，降低了外界電磁場干擾的強度。
技術介紹
當前的EMC設計，在PCB板方面，主要通過地線以及信號線的布線規則進行保 證，如設計單獨的地線網絡、大信號與小信號分開等；在功能復雜的電路板設計中，先 按照功能對電路板進行分區，在分區之間采用走線連接，避免各個不同功能區對其他分 區的電磁干擾降低，同時不受其他分區的電磁干擾影響，保證正常工作。在以上設計不 能夠滿足要求時，則采用金屬屏蔽的方式，如圖1所示。1為金屬殼體，與固定的電位連接，一般與地線連接；2為提供產品性能的多塊 PCB,即電磁輻射源；3為金屬殼體上開的孔，供散熱等用途應用。目前的方式，對于一般的通信或者家用電器電路板使用，而且方法簡單，成本 增加不多；但是在不能夠使用金屬材料進行屏蔽的場合，此方法不適用。如照明用的燈 具，特別是大功率燈具以及在艦船上使用的燈具，由于需要將燈泡裸露在金屬殼體外， 而燈泡的燈絲上的電流很大，而且大功率等燈泡的燈絲較長，造成的電磁干擾就很大； 當前使用的LED燈具，由于LED與供電的鋁基板同時裸露在外，造成的電磁干擾無法屏 蔽。傳統方法的缺點為使用屏蔽材料，增加了成本。在某些場合下，不適用，如燈具。在特種場所，產品破損造成的電磁干擾對其他部件產生不良的干擾。需要將金屬殼體與地線牢固而且長期良好地連接。開孔部位的最大長度小于電磁波長的5%。
技術實現思路
鑒于上述方法的缺陷，本專利技術通過針對每一個電流回路構造本身互相抵消的多 個電磁場的方法，從而克服上述方法的缺陷。本專利技術是通過以下方法實現的。識別PCB上內一個電流回路；在每一個電流回路上，構造電磁場方向相反的子回路；計算、測量或者近似的方法，獲得器件的等效電流中分線；計算互相抵消的電磁場子回路的面積，保證互相抵消的電磁場子回路的面積相等；按照設計的子回 路放置器件； 方法使用于整個電路板以及多個電路板。如圖2所示為改進的大功率器件的驅動走線。包括3個部分供電電源模組、 走線和大功率器件。供電模組認為是保持電磁靜默的組件，其電磁干擾已經在設計范圍內。大功率 器件是需要裸露在外工作，無法進行金屬材料的電磁屏蔽。連接關系為供電電源模組從Al端口輸出電流，經過A2、A3、A4、A5、 A6、A7到達大功率器件的正輸入端，電流流經大功率器件，對大功率器件進行驅動，電 壓降低，從B7端口流出，經過B6、B5、B4、B3、B2，流回供電電源模組端口 Bi。其 中Si、S2為電流回路兩個虛擬的交叉點，實際上兩條走線在電路板的不同層面上；S3為 計算回路面積的虛擬的交叉點，將線段B3B4延長后與線段A4A5的交點。正常工作時，大功率器件內部的電流路徑假定為從端口 A7到端口 B7的一條直 線，則由A6、A7、B7、B6、S2構成一個電流回路，其引發的磁場方向迎面而來；B4、 B5、S2、A5、S3構成另外一個電流回路，其引發的磁場方向遠離而去。由于電信號的傳 播速度很快，在兩個回路中的電流大小相等，引發的電磁場的大小與回路的面積有關， 當兩個回路的面積相等時，兩個回路產生的電磁場互相抵消。在電流路徑上，可以制造多個成對的電流回路。Al、A2、Si、B2、Bl構成的 電流回路，其引發的磁場方向迎面而來；B3、B4、S3、A4、A3構成的電流回路，其引 發的磁場方向遠離而去。當兩個回路的面積大小相等時，兩個回路產生的電磁場互相抵 消。當電路受到外界電磁場干擾時，如果在一個回路上產生一個感應電流，則在對 應的回路上產生一個大小相等，方向相反的感應電流，從而感應電流互相抵消，不對大 功率器件的工作造成影響。本專利技術的主要優點是大部分電磁場互相抵消，特別是低頻大電流的情況下，無需金屬屏蔽，就可以達到 EMC的要求。雖然器件內部的等效電流中分線不可能精確獲得，器件在放置時，通過放置的 方向和角度，可以抵消等效電流中分線誤差造成的電磁場不能夠抵消的問題。在不能夠使用金屬屏蔽的場合下，如照明燈具的設計上，可以應用此方法；電 路板即使裸露在外，其電磁兼容性能基本保持不變。無需增加成本，不需要改變電路以及產品結構。當電路板的尺寸遠小于工作波長時，此方法基本適用。為了提高性能，可以增加多個成對的電流回路，縮小每一個電流回路的面積即可。適用于多種材料的PCB板。 附圖說明圖1:現在的電磁兼容(EMC)結構示意圖圖2 針對單個大功率器件構造的電磁抵消回路_多層PCB結構；圖3 針對單個大功率器件構造的電磁抵消回路_單層PCB結構； 圖4 針對偶數個大功率器件串聯構造的電磁抵消回路_多層PCB結構； 圖5:針對偶數個大功率器件串聯構造的電磁抵消回路_單層PCB結構； 圖6 針對奇數個大功率器件串聯構造的電磁抵消回路_多層PCB結構； 圖7 針對奇數個大功率器件串聯構造的電磁抵消回路_單層PCB結構； 圖8 針對多個大功率器件串聯構造的電磁抵消回路_多層PCB結構； 圖9:針對多個大功率器件串聯構造的電磁抵消回路_單層PCB結構； 圖IOA :針對多輸入多輸出大功率器件串聯構造的電磁抵消回路； 圖IOB 針對多輸入多輸出大功率器件串聯構造的電磁抵消回路-單個串聯器件的工 作原理示意圖11:針對多輸入共 地線大功率器件構造的電磁抵消回路； 圖12 在大功率LED照明和背光源中的應用示例。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術的內容作進一步的詳述。如圖3所示單層PCb結構上針對單個大功率器件構造的電磁抵消回路。工作原 理與圖2電路相同。正常工作時，大功率器件內部的電流路徑假定為從端口 A7到端口 B7的一條直線，則由A6、A7、B7、B6、S2構成一個電流回路，其引發的磁場方向迎面 而來；B4、B5、S2、A5、S3構成另外一個電流回路，其引發的磁場方向遠離而去。由 于電信號的傳播速度很快，在兩個回路中的電流大小相等，引發的電磁場的大小與回路 的面積有關，當兩個回路的面積相等時，兩個回路產生的電磁場互相抵消。在電流路徑上，可以制造多個成對的電流回路。Al、A2、Si、B2、Bl構成的 電流回路，其引發的磁場方向迎面而來；B3、B4、S3、A4、A3構成的電流回路，其引 發的磁場方向遠離而去。當兩個回路的面積大小相等時，兩個回路產生的電磁場互相抵 消。當電路受到外界電磁場干擾時，如果在一個回路上產生一個感應電流，則在對 應的回路上產生一個大小相等，方向相反的感應電流，從而感應電流互相抵消，不對大 功率器件的工作造成影響。由于在單層電路板上，虛擬的交叉點Sl和S2必須使用0歐姆電阻或者固定形狀 的導線Rl對其中一條走線進行橋接，如圖3中對走線A2A3進行橋接，使得走線B2B3 與走線A2A3不在一個平面上。如圖4所示多層PCB結構的針對偶數個大功率器件串聯構造的電磁抵消回路。 連接關系為電流從供電電源模組Bl輸出，經過B2、B3、B4到達大功率器件1的輸入 端Pl+，產生電壓降到達大功率器件1的輸出端P1-，驅動大功率器件1工作；Pl-與大 功率器件本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種有效提高大功率器件電磁兼容（ＥＭＣ）的設計方法，包括４個部分：單個大功率器件的ＰＣＢ模塊、多個大功率器件串聯的ＰＣＢ模塊、由多個輸入輸出端口器件串聯構成的ＰＣＢ模塊、輸入或者輸出有一端共用構成的ＰＣＢ模塊；單個大功率器件的ＰＣＢ模塊根據電流的方向，整個回路在ＰＣＢ上設計為偶數個可以互相抵消的電磁場子回路，從而降低本身的電磁輻射，有效提高對外界電磁干擾的抵抗能力；多個大功率器件串聯的ＰＣＢ模塊，每一個器件自身構造一對互相抵消的電磁場，即將器件放置在構造的２個互相抵消的電磁場子回路之間；或者與臨近器件構成一對互相抵消的電磁場，即２個器件分別放置在互相抵消的電磁場子回路上；由多個輸入輸出端口器件串聯構成的ＰＣＢ模塊，輸入輸出獨立運作的，可以將每一路看作單獨的器件，構造自己互相抵消的電磁場回路；即一個輸入對應一個輸出，整個大功率器件看作是獨立的多個大功率器件的組合；輸入或者輸出有一端共用構成的ＰＣＢ模塊，輸入不同而回路共地的，或者共輸入而回路各自不同的，可以將輸入與地線分別構造互相抵消的電磁場；輸入和輸出之間不存在對應關系，而且輸入端或者輸出端僅有一個端口的輸入是獨立的，則將不獨立的端口連接在一起，作為共輸入或者共輸出端口。...
【技術特征摘要】
1.一種有效提高大功率器件電磁兼容(EMC)的設計方法，包括4個部分單個大 功率器件的PCB模塊、多個大功率器件串聯的PCB模塊、由多個輸入輸出端口器件串聯 構成的PCB模塊、輸入或者輸出有一端共用構成的PCB模塊；單個大功率器件的PCB模塊根據電流的方向，整個回路在PCB上設計為偶數個可以 互相抵消的電磁場子回路，從而降低本身的電磁輻射，有效提高對外界電磁干擾的抵抗 能力；多個大功率器件串聯的PCB模塊，每一個器件自身構造一對互相抵消的電磁場，即 將器件放置在構造的2個互相抵消的電磁場子回路之間；或者與臨近器件構成一對互相 抵消的電磁場，即2個器件分別放置在互相抵消的電磁場子回路上；由多個輸入輸出端口器件串聯構成的PCB模塊，輸入輸出獨立運作的，可以將每一 路看作單獨的器件，構造自己互相抵消的電磁場回路；即一個輸入對應一個輸出，整個 大功率器件看作是獨立的多個大功率器件的組合；輸入或者輸出有一端共用構成的PCB模塊，輸入不同而回路共地的，或者共輸入而 回路各自不同的，可以將輸入與地線分別構造互相抵消的電磁場；輸入和...
【專利技術屬性】
技術研發人員：尹登慶，
申請(專利權)人：深圳宏伍智能光電有限公司，
類型：發明
國別省市：94
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