• 碳化硅功率器件特性,你應該有所瞭解?

    碳化硅功率器件特性,你應該有所瞭解?

    今天我們來聊了聊有關碳化硅作為高壓低損耗的功率半導體器件材料的潛力 1 功率器件要求 功率半導體器件作為功率變換系統的核心器件,目前應用最多的仍舊是 IGBT,在很多時候還需要搭配合適的反向並聯二極管。任何情況下,功率器件都是在"導通"和"截止"兩個狀態之間切換,類似於集成電路中的邏輯器件,通過切換來達到電力轉換的需求,切換頻率一般在 1kHz~100kHz 的範圍內。 在功率轉換系統中,比如説逆變電路,我們都希望開關器件的導通和截止狀態下都是理想的,即導通狀態下電壓為零;在截止狀態下,漏電流為零(擊穿電壓無限大)。這顯然是不可能的,實際的器件表現出有限的電阻和有限的漏電流(以及擊穿電壓存在最大值的限制),這也是導通損耗和關斷損耗的主要原因。另外,在開關的過程中的瞬態行為都會存在開關損耗。 下圖是開關器件以及二極管的理想狀態和實際狀態的對比圖: 現實與理想的差異,對於功率器件的主要要求包括: ✦低導通電壓(低導通電阻) ✦低漏電流 ✦能夠以最小的電流 / 電壓進行快速切換 這些與導通損耗、關斷損耗和開關損耗有着直接的關係。除此之外, ✦較大的安全工作區域(魯棒性)和可靠性也是極為重要! 而在這些方面,SiC 表現出了巨大的發展潛力。 2 電場強度、導通電阻 下圖是相同擊穿電壓下 SiC 和 Si 的單側突變結中的電場分佈: 可見,SiC 的擊穿電場強度是 Si 的 10 倍左右,所以 SiC 功率器件中的電壓阻擋層的厚度可以是 Si 器件中的 1/10。並且其摻雜濃度也可以高出兩個數量級,因此在任何給定的阻斷電壓下,SiC 代替 Si 的單極器件中可以將漂移層的電阻降低 2~3 個數量級。 這一特點對於高壓場合顯得尤為重要,漂移層電阻 Rdrift 與阻斷電壓 VB 的(2~2.5,這個係數需要綜合考慮來確定)成比例,並且也是覺得器件總導通電阻 Ron 的主要因素。 沒有內置電壓的功率器件的導通損耗 Pon,由 Ron*J²on 決定,其中 Jon 是導通電流密度(在額定電流下一般為 100~300A/cm²)。因此,SiC 器件極低的抗漂移性有助於降低導通損耗。 下圖是 Si 和 SiC 單極器件的最小導通電阻(漂移層電阻)相對於阻斷電壓的曲線: 最小導通電阻我們可以由下式得出: Rdrift=4VB²/(ηεμEB³) 其中,ε、μ和 EB 分別是介電常數、遷移率和擊穿場強;η是室温下摻雜劑的電離率(“2 次方”是上文提到的係數)。 在輕摻雜的 n 型 SiC 中,由於氮供體相對較淺,η約為 0.85~1.0。這對於寬帶隙半導體尤為重要,在寬帶隙半導體中經常會觀察到摻雜劑的不完全電離,實際上,由於室温下鋁受體的空穴遷移率較低並且離子化率小,所以 p 型 SiC 肖特基二極管和功率 MOS 無法與 Si 基競爭。 3 "快速"切換 SiC 功率器件的另一個重要特點就是快速切換,反向恢復小,能夠滿足更高的頻率。中高壓應用中,Si 基的雙極型器件通過少數載流子的注入,電導率調製能夠顯著的降低導通電阻。但是,雙極型器件存在少數載流子存儲的原因,導致開關速度較慢以及關斷操作中的反向恢復大。而,這些應用中,SiC 單極器件由於導通電阻很低並且不存在少數載流子存儲,可以成為較理想的選擇。SiC 雙極型器件也可以提供快速切換,因為電壓阻擋區的厚度薄了約 10 倍(上面提到過),與 Si 的雙極型器件相比,該區域中存儲的電荷相應地小了約 10 倍。 4 高結温和工藝技術 由於帶隙寬和化學穩定性,使用 SiC 器件的設備可以在高温(>250℃)下運行,這一點在當下的應用中無疑十分吸引人,更高的温度上限可以優化散熱裝置,而 SiC 器件本身甚至可以在 500℃或更高的温度下運行。 而封裝技術是 SiC 功率器件發展的另一個重要問題。 比如,由於摻雜劑在 SiC 中極小的擴散常數,通過擴散工藝進行雜質摻雜很難實現,所以一般通過外延生長或者離子注入來進行摻雜; 在 SiC 中,即使在高温活化退火之後,高密度的深能級和擴展的缺陷仍保留在離子注入區以及注入尾部內,這導致注入結附近的載流子壽命很短(<0.1us),這不利於雙極型器件,所以有效的載流子注入和擴散是必不可少的。 所以,SiC 雙極型器件中的 pn 結僅通過外延生長來製造,但是對於製造 SBD 和 MOSFET 之類的 SiC 單極器件,由於其通過注入結可以獲得幾乎理想的擊穿特性,並且單極器件的正常工作中並不涉及載流子注入,所以離子注入比較有用。 (摻雜等可以查看之前的推送) 5 更高的電壓等級 下圖是 Si 基和 SiC 基的單極 / 雙極型功率器件的電壓等級分佈: 對於 Si 基功率器件,單極和雙極器件的分界線在 300~600V,而在 SiC 功率器件中,這個邊界向後移動了大約 10 倍的阻斷電壓,即幾 kV。預計 SiC 將在 300V~6500V 的阻斷電壓範圍內替代 Si 的雙極型器件,並且 SiC 的雙極型器件在 10kV 以上的超高壓應用中也是"魅"不可擋。 可見,SiC 的發展不僅在於其本身的特性,還在於外部因素的適配。當然,隨着時間的推移,這些都將會逐一解決!

    時間:2020-10-20 關鍵詞: sic 功率器件 igbt mos

  • 功率器件結温和殼頂温度一樣嗎?

    功率器件結温和殼頂温度一樣嗎?

    通常我們對於一種特定器件,可以使用上述靜態的方式,結合紅外熱成像測温儀,校核它們之間的差值,然後在實際的測量中,使用這個差值來得到結温。 測量和校核開關電源、電機驅動以及一些電力電子變換器的功率器件結温,如 MOSFET 或 IGBT 的結温,是一個不可或缺的過程,功率器件的結温與其安全性、可靠性直接相關。測量功率器件的結温常用二種方法: 1、熱電偶 2、紅外熱成像測温儀 為了提高熱電偶的測量精度,需要對其做精確的温度補償;熱電偶本身要用特定的粘膠固定在測量器件的表面,固定的方式和接觸面積都會影響測量的精度;相對於測量的功率器件,如果熱電偶接觸面積大,本身相當於散熱器的作用,會嚴重的影響測量精度。 紅外熱成像儀不需要和器件接觸,因此測量過程對測量的精度幾乎沒有影響,因此近年來獲得大量的使用。紅外熱成像測温儀得到温度如圖 3 所示,温度最高的點為功率器件,那麼這個温度是功率器件的結温,還是功率器件塑料外殼頂部的温度? 圖 3:紅外熱成像測温儀測量温度 毫無疑問,測量的這個温度是功率器件塑料外殼頂部,那麼這個温度和功率器件內部硅片的結温一樣嗎?當然不一樣,功率器件內部硅片的結温高於塑料外殼頂部的温度。結温和殼頂温度差多少? 數據表中,RthJC 是結到殼(底部銅皮)的熱阻,不是結到殼頂的熱阻,如下表所示。RthJT+RthTA 遠遠大於 RthJC+ RthCA,只有很少的一部分熱量從殼頂導出,因此結温和殼頂温度差異很小。 DFN5*6 TO220F 沒有簡單的方法來估算這個差值,仿真的差值如下圖所示。不同的封閉類型、不同的外殼材料等因素都會影響到這個差值,經驗值通常取 5-10℃左右。 經常有工程師問到這樣的問題,如何才能準確的測量到功率器件內部硅片的結温? 靜態的條件下,可以測量功率器件內部寄生的二極管的壓降,通過校核的結温曲線,查到相應的內部硅片的結温。在實際電路工作的條件下,不太可能測量內部寄生的二極管的壓降,因此實時的測量內部硅片的結温也不太現實。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 電機驅動 殼頂温度 功率器件

  • 如何讀懂功率器件,教你從小白變大神的進階之路

    如何讀懂功率器件,教你從小白變大神的進階之路

    隨着以硅材料為基礎的功率器件逐漸接近其理論極限值,利用寬禁帶半導體材料製造的電力電子器件顯示出比 Si 和 GaAs 更優異的特性,給功率半導體產業的發展帶來了新的生機。 功率器件,也被稱為電力電子器件,簡單來説,就是具有處理高電壓、大電流能力的功率型半導體器件。由於早期主要用於電力設備的電能變換和控制電路方面,因此得名“電力電子器件”。 Q:功率處理怎麼理解? A:一般指的是變頻、變壓、變流、功率管理等電路處理動作。 Q:高電壓有多高?大電流有多大? A:電壓處理範圍通常為數百伏以上,電流為數十至數千安。 Q:典型的功率器件有哪些? A:Diode、GTR、Thyristor、SCR、GTO、MOSFET 、IGBT、MCT、IGCT、IECT、IPEM、PEBB 等。 Q:功率器件這麼多,如何分類? A:按照導通、關斷的受控情況可分為不可控、半控和全控型功率器件;按照載流子導電情況可分為雙極型、單極型和複合型功率器件;按照控制信號情況,可以分為電流驅動型和電壓驅動型功率器件。 如果想學習功率器件相關知識,有推薦的資料或書籍嗎? 細細想來,作為一名“攻城獅”,在初學階段用的是 Prof. Ned Mohan 寫的那本經典的《Power Electronics:Converters, Applications and Design》,其中功率半導體章節不算多,但是寫的很細緻,細細讀完可以掌握幾種常見的功率器件基本原理。在此基礎上,看了 Prof. Jayant Baliga 的《Fundamentals of PowerSemiconductor Devices》和 Prof. Josef Lutz 的《Semiconductor Power Devices》的穩定性相關部分。小夥伴們,如果有好的書籍可以在留言區分享給我們哦。 功率器件發展史 電子管時代 1904 年英國佛萊明在「愛迪生效應」的基礎上研製出了“熱離子閥”, 從而催生了世界上第一隻電子管,稱為佛萊明管(真空二極檢波管),世界進入電子管時代。當時的佛萊明管只有檢波與整流的作用,性能並不穩定,主要用在通信和無線電領域。 真空管時代 1906 年,為了提高真空二極管檢波靈敏度,德·福雷斯特在佛萊明的玻璃管內添加了柵欄式的金屬網,形成第三個極,從此二極管搖身一變,成為三極真空管,併兼具放大與振盪的功能。 水銀整流器時代 1930 年代 -1950 年代是水銀整流器迅速發展的 30 年,集聚整流、逆變、周波變流等功用,廣泛應用於電化學工業、電氣鐵道直流變電、直流電動機的傳動等領域。 第一代功率器件——半控型晶閘管時代 1947 年,貝爾實驗室發明了由多晶鍺構成的點觸式晶體管,後又在硅材料上得到驗證,一場電子技術的革命開始了。 1957 年,美國通用電氣公司發明了晶閘管,標誌着電力電子技術的誕生,正式進入了以晶閘管為代表的第一代電力電子技術發展階段。當時的晶閘管主要用於相控電路,工作頻率一般低於 400Hz,較水銀整流器,具有體積小、可靠性高、節能等優點。但只能控制導通,不能控制關斷的半控型特點在直流供電場合的使用顯得很雞肋,必須要加上電感、電容以及其他開關件才能強制換流,從而導致變流裝置整機體積增大、效率降低等問題的出現。 第二代功率器件——以 GTO、BJT、MOSFET、IGBT 為代表的全控型功率器件時代 1970 年代,既能控制導通,又能控制關斷的全控型功率器件在集成電路技術的發展過程中應運而生,如門極可關斷晶閘管 GTO、電力雙極型晶體管 BJT、電力場效應晶體管功率 MOSFET 等,其工作頻率達到兆赫級,常被應用於直流高頻斬波電路、軟開關諧振電路、脈寬調製電路等。 到了 1980 年代後期,絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)出現,兼具 MOSFET 輸入阻抗高、驅動功率小、開關速度快和 BJT 通態壓降小、載流能力大、耐壓高的優點,因此在中低頻率、大功率電源中運用廣泛。 各功率器件功率頻譜(左)&耐壓功率(右)對比圖 (圖片來源:知乎) 第三代功率器件——寬禁帶功率器件 2014 年,美國奧巴馬政府連同企業一道投資 1.4 億美元在 NCSU 成立 TheNext Generation Power Electronics Institute,發展新一代寬禁帶電力半導體器件。 相對於 Si 材料,使用寬禁帶半導體材料製造新一代的功率器件,可以變得更小、更快、更可靠和更高效。這將減少功率器件的質量、體積以及生命週期成本,允許設備在更高的温度、電壓和頻率下工作,使得功率器件使用更少的能量卻可以實現更高的性能。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 半導體器件 電力電子器件

  • 功率器件應該如何選擇和標定?

    功率器件應該如何選擇和標定?

    作為電源行業值得信賴的測試專家,泰克為工程師在電源設計各個階段提供可靠的解決方案,使工程師堅定每一步設計,優化每個階段設計,從而加速新產品的上市週期。 對市場新推出的低功耗 IC 及功率器件特性無法準確把握?是否真正在自己的電源設計中發揮最大的作用,缺少一種簡單經濟的評價方法。對於電源產品設計,大功率開關管的選擇是非常關鍵也是非常困難的。 如何在系統調試之前對 IGBT 模塊特性進行測試,尤其基於橋式拓撲結構,在不同的負載條件測試 IGBT 及相應的二極管的特性?這些成為工程師非常頭疼的問題。 功率器件動態參數 / 雙脈衝測試 功率器件如 MOSFET 和 IGBT 提供了快速開關速度,能夠耐受沒有規律的電壓峯值,被廣泛應用於電源轉換產品的設計。尤其最新第三代半導體 SiC 和 GaN 快速發展和應用可以毫不誇張的説給電源行業帶來顛覆性的變化。對於設計工程師來説卻帶來了非常大的測試挑戰,如何保證選用的高速功率器件能穩定可靠的運行在自己的電源產品中,我們需要了解功率器件的動態特性: 器件在不同温度的特性 短路特性和短路關斷 柵極驅動特性 關斷時過電壓特性 二極管回覆特性 開關損耗測試等 泰克推出了 IGBT Town 功率器件支持單脈衝,雙脈衝及多脈衝測試方案,集成強大的發生裝置,數據測試裝置及軟件。用户可以自定義測試條件,測試項目包含:Toff, td(off), tf(Ic),Eoff, Ton, td(on),tr(Ic), Eon, di/dt, dv/dt, Err, qrr, Irr based on IEC60747。推薦解決方案:MSO54 + 5-wins + 5-PWR + TIVM02 + TIVH08 + TCP0030A + IGBT town 軟件。 採用雙脈衝法,用信號發生器設置脈寬為 1uS,週期為 2.5uS,脈衝次數為 2 次,示波器採用單次觸發。 採用 MSO58 功率器件分析功能可以直接得出 CoolGaN™的動態參數。左下的測試提示 Ic off 是因為英飛凌的 CoolGaN™完全沒有反向恢復電流,從測試數據中可以看到基於英飛凌的 CoolGaN™專用驅動 1EDF5673K 下的 CoolGaN™ IGO60R070D1 速度還是非常快的,而且完全沒有反向恢復損耗。 從測試結果可以看出該方案特點: 可靠、可重複地測試 IGBT 及 MOSFET(包括第三代半導體器件 SiC、GaN)功率半導體動態特徵; 測量的特徵包括開啓、關閉、開關切換、反向恢復、柵極驅動,開關損耗等參數; 適用於用户對測試環境的自定義; 全部使用泰克示波器及原廠電源探頭,可準確補償探頭延遲,專用的開關損耗算法,提供可靠的測試結果; 獨特的 IsoVu 探頭,最高 800MHz 帶寬高達 120dB 共模抑制比,準確測試驅動信號的真實情況。 高功率半導體器件檢定測試 開發和使用 MOSFET、IGBT、二極管及其他大功率器件,需要全面的器件級檢定,如擊穿電壓、通態電流和電容測量。Keithley 高功率參數化曲線跟蹤儀支持所有的器件類型和測試參數。Keithley 高功率參數化曲線跟蹤儀包括檢定工程師快速開發全面測試系統所需的一切。ACS-Basic 基本版軟件提供了完整的器件特性分析,包括實時跟蹤模式及全部參數模式,實時跟蹤模式用來迅速檢查基礎器件參數,如擊穿電壓;全部參數模式用來提取精確的器件參數。 測試平台搭建 Keithley 提供完整解決方案 從實驗室到工廠,從晶圓級到獨立封裝器件,從測試設置到分析結果,為最優性價比設計的一體化完整解決方案。從實驗室科研級別的單台 SMU 源表到適用於高功率半導體器件檢定的完整測試方案,再到適用於自動晶片級測試系統,Keithley 均能為您提供最優性價比的完整解決方案。其方案配置如下: 硬件:上至 3kV/100A 的功率電平,下至 uV/fA 級別小信號的寬動態範圍;(SMU, 4200,PCT,S500 多硬件平台覆蓋) ; 軟件:ACS-Basic 支持各種 Keithley 儀器,用於半導體器件檢定、可靠性測試、參數化測試以及元器件功能測試; 夾具:傳統連線測試夾具、8010 高功率器件測試夾具、手動 / 自動探針測試台 。 你的難點痛點,是我們的着力點。作為電源行業值得信賴的測試專家,泰克為工程師在電源設計各個階段提供可靠的解決方案,使工程師堅定每一步設計,優化每個階段設計,從而加速新產品的上市週期。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 二極管 低功耗ic 功率器件

  • LED LED背光 OLED的原理是什麼?二者有什麼區別?

    LED LED背光 OLED的原理是什麼?二者有什麼區別?

    通常來説LED,LED背光,OLED是三種完全不同的成像技術。而目前市場上普遍見到的LED背光顯示器或液晶電視實際上並不是顯示技術的更新換代,只能説是一個原件的換代。同時將LED背光混淆為LED也是不正確的。 目前很多香港神州集運在推廣自己產品的時候都偷換了一個概念。明明是LED背光顯示器卻要簡稱為LED顯示器。事實上LED顯示器和目前的LED背光顯示器有着本質的區別。當然容易讓讀者們混淆的還有技術非常先進的OLED,那麼LED,LED背光,OLED三者之間究竟有怎樣的區別和聯繫呢?筆者將在本文中給大家介紹這三種技術的基本概念。 廣場大屏幕等大型公眾顯示設備才是LED顯示器 什麼是LED顯示器? LED顯示器是指直接以LED(發光二極管)作為像素髮光元件的顯示器,組成陣列的發光二極管直接發出紅,綠,藍三色的光線,進而形成彩色畫面。但由於發光二極管本身直徑較大,因此同色像素之間的距離也較大(也就是我們常説的點距),所以LED顯示器通常來説只適於大屏幕顯示。 LED顯示器在北京奧運開幕式中的應用 LED顯示器集微電子技術、計算機技術、信息處理於一體,以其色彩鮮豔、動態範圍廣、亮度高、壽命長、工作穩定可靠等優點,成為最具優勢的公眾顯示媒體,目前,LED顯示器已廣泛應用於大型廣場、商業廣告、體育場館、信息傳播、新聞發佈、證券交易等,可以滿足不同環境的需要。 什麼是LED背光顯示器? LED背光顯示器只是液晶顯示器的背光源由傳統的CCFL冷光燈管(類似日光燈)過度到LED(發光二極管)。我們再來回顧一下液晶顯示器的基本原理。 液晶面板的基本結構 液晶的成像原理可以簡單的理解為,外界施加電壓使液晶分子偏轉便如閘門般地阻隔背光源發出光線的通透度,進而將光線投射在不同顏色的彩色濾光片中形成圖像。 白光LED背光源 背光模組由CCFL過渡到LED可以帶來很多好處,可以讓顯示器屏幕的亮度更加均勻,產品功耗更低,外形可以更輕薄時尚。但目前市場上普遍採用的是W-LED(白光LED)背光源,事實上這種背光源僅僅是將發光的元器件更換了而已,而顯示效果的提升非常微弱甚至沒有提升。而對液晶產品顯示效果提升明顯的RGB-LED(三色LED)對顯示效果的提升較為明顯,但同時生產成本較高,因此被應用在高價位的液晶電視上。 目前商家所説的LED顯示器是指採用白光LED背光的顯示器產品,和普通液晶顯示器的區別是背光源的改變。 什麼是OLED? 不少讀者容易將下一代顯示技術OLED和LED或LED背光搞混淆,下面筆者就給大家介紹一些OLED的基本知識。 OLED是英文OrganicLight-EmittingDiode的縮寫,翻譯過來被稱為有機發光二極管或有機發光顯示器。事實上這種發光原理早在1936年就被人們所發現,但直到1987年柯達公司推出了OLED雙層器件,OLED才作為一種可商業化和性能優異的平板顯示技術而引得人們的重視。目前,全球已經有100多家的研究單位和企業投入到OLED的研發和生產中,包括目前市場上的顯示巨頭,如三星,LG,飛利浦,索尼等公司。整體上講,OLED的產業化目前已經開始,其中單色,多色和彩色器件已經達到批量生產水平,大尺寸全綵色器件目前尚處在研究開發階段。 OLED顯示設備 很多網友容易把OLED和目前香港神州集運炒作比較多的LED背光聯繫在一起,事實上OLED和LED背光是完全不同的顯示技術。OLED是通過電流驅動有機薄膜本身來發光的,發的光可為紅、綠、藍、白等單色,同樣也可以達到全綵的效果。所以説OLED是一種不同於CRT,LED和液晶技術的全新發光原理。 OLED器件結構圖 OLED器件的結構如上圖所示。OLED屬於載流子雙注入型發光器件,其發光機理為:在外界電壓的驅動下,由電極注入的電子和空穴在有機材料中複合而釋放出能量,並將能量傳遞給有機發光物質的分子,後者受到激發,從基態躍遷到激發態,當受激分子回到基態時輻射躍遷而產生髮光現象。(小貼士:什麼是空穴?一個呈電中性的原子,其正電質子和負電電子的數量是相等的。現在由於少了一個負電的電子,所以那裏就會呈現出一個正電性的空位,這便是空穴。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: LED 背光 液晶面板

  • 可編程 LED 驅動器是什麼,你應該瞭解一下?

    可編程 LED 驅動器是什麼,你應該瞭解一下?

    此次小編所寫的文章中所述的電路顯示了創建可編程 LED 驅動器更簡單的方法,該驅動器非常適用於需要緊湊、可擴展、易於供電和高線性度電源的精確照明控制應用。不過,尺寸必須適應應用的要求,以避免由於各種存在的電感(例如線路電感和寄生電感)引起的任何故障。 為響應新能源法規的要求,LED 正越來越多地被用作節能光源。與傳統燈具相比,它們具有決定性優勢:能耗更低,壽命更長,並且有各種顏色可供選擇。例如,藉助 LED,世界上最大的教堂——羅馬聖彼得大教堂,現在得以呈現於全新燈光下。通過智能控制系統,即使是其重要藏品最小的細節也可以通過預設的照明場景進行一一呈現。這些數字控制系統集成了可編程 LED 驅動器,因此可按需激活 LED。圖 1 顯示了一個 3 通道 LED 驅動器配置的示例。 圖 1.用於控制三個獨立 LED 的 LED 驅動器的簡化原理圖 數模轉換器(DAC)(在本例中為 ADI 公司的 AD5686)的三個輸出電壓中的每一個都控制一個電壓-電流轉換器級,在每一級的負載路徑中放置獨立的 LED,用於每個 LED 通道。所有三個轉換器級均由運算放大器(運放)ADA4500-2 並連接一個用來控制 LED 電流的 MOSFET 實現。理論上,這個 LED 電流可以高達幾安培,具體取決於電壓源(VS)和負載電阻,在本電路中為 2 Ω。因此,選擇合適的 MOSFET 非常重要。 DAC 輸出電壓的質量很大程度上取決於基準電壓源 VREF。應使用高質量的基準電壓源。ADR4520 就是這樣一個例子,如圖 1 所示。它具有極低的噪聲、超高的長期精度和出色的温度穩定性。 由於 ADA4500-2 的內部設計,典型的軌到軌放大器具有一定的非線性和交越失真。它們的輸入級由兩個並聯的差分晶體管組成:PNP 級(Q1 和 Q2)和 NPN 級(Q3 和 Q4),如圖 2 所示。 圖 2.運算放大器中的軌到軌雙極晶體管輸入級簡化版 根據所施加的共模電壓,兩組輸入對產生不同的失調電壓和偏置電流。如果共模電壓施加到放大器輸入端,與正或負電源電壓(VS)相差小於 0.7 V,則只會激活兩個輸入級中的一個。那麼,僅會出現對應於有效級的誤差(失調電壓和偏置電流)。如果電壓升至 0.8 V,則兩個輸入級都將激活。在這種情況下,失調電壓可能突然改變,導致所謂的交越失真和非線性。 相比之下,ADA4500-2 具有集成的輸入端電荷泵,無需第二個差分對即可覆蓋軌到軌輸入範圍,從而避免了交越失真。ADA4500-2 的其他優勢還包括低失調、低偏置電流和低噪聲分量。 在這類電路中,必須注意負載/電流路徑中由 LED 連線產生的電感。導線通常為數米長,如果沒有提供正確的補償,可能會導致異常的振盪。此電路中的補償通過反饋路徑實現,它將由分流電阻測量的電流返回到運算放大器的輸入。應根據產生的電感調整 ADA4500-2 上現有的電阻和電容電路。 利用圖 1 所示的電路,能夠更簡易地實現可通過 DAC 編程以用於精確照明控制應用的多通道 LED 驅動器。根據特定需求進行適當調整以避免功能異常也是十分重要的。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: dac led驅動器 電流轉換器

  • LED 燈的控制方法淺析

    LED 燈的控制方法淺析

    通常來説全閉環控制,檢測輸出電流,來發出 PWM 信號,是真正的恆流電源驅動控制技術。實驗表明,相對於其他非閉環的方案,這種獨有的閉環恆流控制技術使輸出電流精度有了質的飛躍,使整機電源在全電壓、全負載、電感變化範圍內的電流精度達到行業內目前最高的±0.9%。相信在未來的科學技術更加發達的時候,LED 會以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便,這就需要我們的科研人員更加努力學習知識,這樣才能為科技的發展貢獻自己的力量。 在科技高度發展的今天,電子產品的更新換代越來越快,LED 燈的技術也在不斷髮展,為我們的城市裝飾得五顏六色。針對 LED 照明負載特點,目前非隔離式的恆流驅動電源的拓撲結構基本上是 BUCK 降壓結構,傳統的方案是通過固定關斷時間來固定峯值電流,從而達到固定輸出電流的控制策略。 本文將討論這種控制策略實現恆流的原理,分析這種開環控制策略的優缺點,和應用這種控制策略需要做的外圍補償,同時基於佔空比半導體公司新產品 DU2401 芯片,介紹這種全新的閉環電流控制策略,詳細介紹這種控制策略如何突破性提高 LED 輸出電流精度,從開環到閉環是其本質的突破。 1原理與設計 1.1 目前 LED 非隔離恆流驅動電流領域主流的控制策略 如圖 1 所示,電路是 BUCK 降壓結構,芯片控制的是 MOSFET 的源極,這是一種開環的恆流電流控制方式,控制原理如下: 芯片內部有兩個比較器,其比較參考電平分別為 Vpk 和 Vvalley,與之比較的是 Rs 兩端的電壓。 Vin 上電時,電感 L 和電流採樣電阻 Rs 的初始電流為零,LED 輸出電流也為零。這時候,CS 比較器的輸出為高,內部功率開關導通,SW 的電位為低。電流通過電感 L、電流採樣電阻 Rs、LED 和內部功率開關從 Vin 流到地,電流上升的斜率由 Vin、電感 L 和 LED 壓降決定,在 Rs 上產生一個壓差 Vcs,當(Vin-Vcs)>Vpk 時,CS 比較器的輸出變低,內部功率開關關斷,電流以另一個斜率流過電感 L、電流採樣電阻 Rs、LED 和肖特基二極管 D,當 Vin-Vcs 所以,這種開環的控制策略是,根據兩個比較電平參考電位 Vpk 和 Vvalley,來設定電感電流的峯峯值,從而起到了設定輸出平均電流值的效果。 這是一種簡單有效的控制策略,但是由於這是一種開環控制模式,只能檢測電感上的峯值電流,無法檢測輸出電流,外部條件發生變化時,兩個比較器都會產生延時,輸出電流精度在三種情況下容易出現偏差: 1、當輸出電壓發生變化時(如:不同的 LEDVf 和不同串數) 2、當主電感感量發生變化時(如:實際上量產的精度不高) 3、當輸入電壓發生變化時。 2.2DU2401 如何實現真正全閉環的恆流控制 所謂的閉環,即真正檢測輸出電流值,以此為標準來發出 PWM 信號。所謂開環,不以檢測到的輸出電流值來做發出 PWM 信號的參考。從電路拓撲上,二者沒有區別。但是在芯片內部對檢測到的如圖 2CS 腳電感電流信號,做專利技術處理,如圖 3TRUEC2 部分。這樣,就檢測到了電感電流的平均值,也就是輸出電流的平均值。芯片針對檢測到的值,控制輸出佔空比,實現了閉環控制。 另外,圖 1Rs 電阻串聯在 Vin 和 LED 負載之間,這意味着不論芯片內部開關管開通和關斷,Rs 都將通過電流。圖 2 的全閉環 LED 射燈驅動電源中,Rs 只在開關管開通的時候,有電流通過,這也是全閉環控制帶來的好處。這樣會帶來一個非常顯著的性能提高,因為 Rs 電阻的能耗減少,會提高整個系統的效率。DU2401 達到了業內最高的 98%的效率,正是基於這種全閉環控制策略。 3 實驗驗證 我們選擇了一個典型 LED 射燈應用來做 IC 功能驗證,基本電參數要求如下: 輸入電壓範圍:12.5~30VDC 效率:>90% 輸出電壓範圍:3~10.5VDC 輸出電流:700mA 對於輸入電壓、負載 LED 變化情況下,我們測試得到如下交叉調整率結果: 圖 5 可以看到,由於閉環控制,在設計的正常工作範圍內,輸出電流維持定值,單顆系統可以認為是恆定的輸出電流,即線性、負載調整率理論值是 0。量產時,由於參數一致性分佈,大量數據表明,恆流精度小於±0.9%。 對於輸出電感變化,我們測試到如下結果: 圖 6 反映的是電感大範圍變化(設計標稱值 68uH)時,輸出電流的變化,如左圖。如果這種測試用於目前市場上開環系統芯片,電流會出現線性的大範圍波動,如右圖。而 DU2401 閉環的方式,使得輸出電流依然保持±0.9%以內的恆流精度。充分説明了閉環系統對於整個系統恆流精度提高的重要性。 基於圖 4 的極簡線路,如圖 9、圖 10 顯示,此方案可以在非常小的尺寸下實現 3W 的輸出功率。這樣的小尺寸,對於空間狹小,要求很高的射燈,有實際的意義。高功率密度是 LED 燈具對 LED 驅動電源提出的要求,更優的控制方式是實現更高的功率密度的根本途徑。 由圖 11 可以看到基於 TRUECC 專利技術的高性能 LED 射燈方案成本只有 1.45 元,成本上優勢很大。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 電子產品 LED 照明

  • 關於共模干擾需要明白這5條定律,你知道嗎?

    關於共模干擾需要明白這5條定律,你知道嗎?

    什麼是共模干擾?它有什麼作用?其實,對於共模干擾的困擾都是來自於實際操作中。而共模干擾往往對系統損傷最大,打比方如大功率電機、斷路器或開關,短路,雷擊感應等,這些類型大都是外來的共模信號,其脈寬在數百us到s之間,週期最長也是數秒,這樣的脈衝持續引起對地的高電壓波動,從而損傷系統。但是對於高頻共模干擾,從干擾源開始,大部分能量是以輻射的方式作為能量傳輸途徑的,而且這樣的共模干擾多產生於系統本身。 1、對接地產品而言,當然希望線纜上傳導過來的共模干擾,通過電容或瞬態抑制器件,導向大地或機殼,防止其干擾敏感電路(如CPU)。 2、但對於浮地產品而言,主要通過串聯磁環(或增大共模阻抗),防止共模電壓轉化為差模電壓,干擾敏感電路;其次,要注意PCB的佈線,不僅使PCB板的各個電路對其參考地(數字地GND,而非接地產品的機殼地PG)保持零電位,而且在I/O、RST、CS(片選)等關鍵信號的濾波電路放置。這樣,再惡劣的共模干擾也不會對數字電路產生干擾了。 3、第一種方法是泄(但要求有良好的接地或金屬機殼),第二種方法是堵(避免共模騷擾轉化為差模干擾,影響電路)。前一種方法,主要用於接地良好的地面設備(如通信基站),第二種方法,主要用於車載、機載、艦載設備。 4、當然,大家會説第二種方法(浮地),由於PCB板與大地也存在寄生電容,對高頻干擾可能失效。但是對於鐵路、電力、工業控制現場來説,主要干擾是變頻器、大功率電機、斷路器或開關,其產生的干擾主要集中在10MHZ以上。此外,地線干擾(強電短路、雷擊反擊、諧波、漏電流),也是極為嚴重與不穩定的(平時可能高達0.8V),對於部分關鍵CPU的工作電壓1.2V而言,簡直是魔鬼! 5、高頻的共模電磁干擾,能量一般不會很大。譬如手機、大功率射頻識別(俺見識的最大功率才3W),由於是高頻,鐵氧體磁環或磁珠可以吸收,金屬機箱(或塑料機箱內的噴塗導電層),可以完全將其反射或吸收。——現在鐵路要求做800~1000M、1.4G~2.1G的輻射抗擾測試(強度高達20V/M),以及2.1G~2.5G的輻射抗擾測試(強度高達5V/M),設備幾乎不會出現問題。當然,設備要通過CS、ESD、EFT等測試。以上就是共模干擾解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 數字電路 斷路器 寄生電容

  • LED 封裝支架的原理是什麼吶?

    LED 封裝支架的原理是什麼吶?

    隨着各國對 LED 產業的重視,LED 支架,LED 燈珠在封裝之前的底基座,在 LED 支架的基礎上,將芯片固定進去,焊上正負電極,再用封裝膠一次封裝成形。 led 支架一般是銅做的(也有鐵材,鋁材及陶瓷等),因為銅的導電性很好,它裏邊會有引線, 來連接 led 燈珠內部的電極,LED 燈珠封裝成形後,燈珠即可從支架上取下,燈珠兩頭的銅腳即成為了燈珠的正負極,用於焊接到 LED 燈具或其它 LED 成品。 型號和規格 LED 支架一般有直插 LED 支架的,食人魚 LED 支架的,貼片 LED 支架的和大功率 LED 支架的: 而直插一般是用的*多的,其中有 02 短腳的,03 做大角度紅黃光的,04LD 做藍白綠光的,也有 A5,A6 白光的,A7,A8 大杯底的,06 做平頭的,09 做雙色三色的等等; LED 支架大小尺寸對發光強度還是發光角度有一定影響,其散熱性對 LED 的光學性質及使用壽命有很直接的關係。 LED 貼片支架市場 SIDE VIEW 335 008 020 010 , HIGH POWER TO220 LUXEON 1-7W 等等,由於各自規格沒有統一化,所以還有很多特殊的規格。 分類 按原理來分就是兩種:聚光型(帶杯支架)和大角度散光型的 Lamp(平頭支架)。例如:A、2002 杯 / 平頭:此種支架一般做對角度、要求不是很高的材料,其 Pin 長比其他支架要短 10mm 左右。Pin 間距為 2.28mm。B、2003 杯 / 平頭:一般用來做φ5 以上的 Lamp,外露 pin 長為 +29mm、-27mm。Pin 間距為 2.54mm。C、2004 杯 / 平頭:用來做φ3 左右的 Lamp。Pin 長及間距同 2003 支架。D、用來做藍、白、純綠、紫色的 Lamp,可焊雙線,杯較深。E、2006:兩極均為平頭型,用來做閃爍 Lamp,固 IC,焊多條線。F:2009:用來做雙色的 Lamp,杯內可固兩顆,三支 pin 腳控制極性。G:2009-8/3009:用來做三色的 Lamp,杯內可固三顆晶片,四支 pin 腳。H:724-B/724-C:用來做食人魚的支架。 LED 支架是幹什麼用的? 工藝 衝壓 -- 電鍍—注塑 -- 裁切 -- 包裝 lamp 支架一般為銅材鍍銀,top,side,大功率支架一般採用銅材度銀結構加塑膠反射杯,銅材起連接電路,反射,焊接等作用,塑膠主要起反射,提供與膠水結合的界面等作用。在支架的眾多因素中,除衝壓件的設計和性質外,白色高温塑膠料是影響 led 質量和穩定性的一個重要因素。用於 SMD 支架的塑膠料主要是 solvay 的白色 PPA 材料,耐高温焊接,高反射,與硅膠的結合性好,長期性耐度也不錯。大功率支架一般是塑膠反射杯+鉚釘散熱結構。注塑環節,是 LED 生產工藝很重要的一環,注塑工藝是將卷狀的金屬支架,用自動放料收料裝置放到注塑機當中,然後注入原料。 關於 PPA:中文名為聚對苯二酰對苯二胺,半結晶性材料,HDT 約在 300 度,Tm 約為 320 度,其為一種芳香族的高温尼龍,但吸水較普通尼龍小的多,而這塊對 led 相對比較重要,對長期信耐度有影響,而且 PPA 粒子不同牌號之間,信耐度,初始亮度,應用,耐黃變等也各有不同,不同廠家,同種材質有時候也會有所差別,因為工藝的問題。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: smd 工業應用 led封裝

  • 關於接地技術的那些的小細節,值得你學習

    關於接地技術的那些的小細節,值得你學習

    你知道接地技術的那些的小細節嗎?對於電子工程師而言,接地技術在日常工作中是不可缺少的。但是,究竟有沒有一種通用的接地方法可以參考呢?答案很明確,沒有。任何學習的過程都沒有捷徑,只有耐心的他是學習才是最後的路徑。 接地方式←接地目的←接地的功能,所以採取哪種接地方式,要看地是哪類地,這類地的作用目的是什麼,這兩個問題解決了,接地方式則可水到渠成。 接地的目的決定了接地方式。同樣的電路,不同的目的,可能都要採取不同的接地方式。這個觀點一定記住。比如同樣的電路,用在便攜設備上,靜電累積泄放不掉,接地的目的是地電位均衡;用在不可移動的設備上,一般會有安全接地措施,對靜電泄放的接地目的是導通阻抗足夠低,尤其是對於尖峯脈衝的高頻導通阻抗。 下面講解地的注意事項分成幾個獨立的觀點分別介紹,每一條的內容雖然簡單,建議一定反覆讀上N遍,象面對一杯好茶,讓心跳在60bpm以下的狀態,細細的品,感覺其中的美感和內涵。然後才可能從簡單的詞語中悟出深刻的道理來。 從性能分,接地分成四類: 安全接地、工作接地(數字地、模擬地、功率器件地)、防浪湧接地(雷擊浪湧、上電浪湧)、防靜電接地。 前文書中講過,“接地的目的決定了接地方式”,目的即指其實現的功能。基本上所有的接地都可以歸結到這四類裏面來。每個接地前都要先明確該接地屬於哪一種。 接地追求的目標是地阻抗低、地穩定、地均衡 地阻抗低很好理解,用粗的線纜即可,但有一個問題一定不能忽視,比如我通過一個大電感接地了,如果地線上跑的地電流的波動頻率是 0.00000001Hz,這個大電感的感性效應表現得就很不明顯,等同於直接接地了,但如果波動電流是1,000,000Hz的話,感抗=j ω L=j 2 π f L,就顯得很大了,這種情況下,相當於高頻接地很差。各位看官可能會説了,你胡來吧你,誰會用個大電感接地呢,第一是在某種狀態下會有這種方式的,第二是即使不這樣接個電感,普通電纜的走線電感在高頻下也是不容忽視的。總結為一句話,低頻接地 ≠ 高頻接地。即低阻抗的接地要分析是屬於高頻還是低頻的接地。 地穩定是比較好理解的,一般來説,接地阻抗足夠低的話,地電流瀉放容易,且不會在底線上產生啥子壓降,就如一個超大的電容,電荷的海洋,具有無限寬廣的胸懷,多少進來都波瀾不驚。 地均衡比較容易被忽視,對於一個信號來説,有用部分是兩條線上的壓差,如果地線漂移了,兩條線上對地線的壓差同等的上升或下降,即差模電壓值維持不變,共模電壓發生變化,其實電路功能是照常實現的。就像水漲船高,您比我高3cm,站在船上,船上浮了,您依然還是高我3cm。這種情況在靜電防護的時候常用到,一個靜電脈衝通過空氣打到電路板上,針對局部的電路,距離遠近的不同,肯定會導致產生靜電感應的壓差。這時候用一塊金屬板隔一下的話,即使該金屬板浮空,對金屬板後面的電路板來説,感應的將是均勻的電場,雖然感應干擾仍然存在,但起碼電路上是基本均衡的。當然如果此金屬板接地更好啦。當然共模電壓一般不會維持住,因為傳輸線的阻抗不均勻,往往會轉成差模電壓干擾,地均衡的問題最好不要讓我們面對,但沒辦法的時候,如浮地設備,不得不受到靜電衝擊的電路板,防護時候要考慮地均衡問題。 共地阻抗耦合干擾 共地阻抗耦合干擾是接地裏面每天都要面對的核心問題,並且幾乎逃避不開。就像電影院裏散場的時候,你從最裏頭的一號廳出來,沒幾個人,走來很通暢,突然二號廳也散場了,一下子通道就擁擠了,再繼續前行,壞了,三號廳正在放觀眾入場,一下子,人流就波動起來了。這和共地阻抗是一個原理,信道相當於地線,人相當於電流。如果一、二、三號廳流動的人差不多,相互之間影響不太大,但如果3號廳是大廳,人員是一、二號廳的好多倍,那進出三號廳的人員將會對一、二號廳人員流動速度的影響很大。一、二、三號艇的客人都要走過的這段路就成了共地阻抗。 以下圖為例,圖1中,RAB段的電阻就是共地阻抗部分,流過這段的地電流Io、Ia、Id三部分在這段會相互影響;如果這三個電流差別較大,差出了1-2 個數量級的話,相互之間的影響就不可以忽視了,尤其是某個弱地電流支路是用於定量測量、放大或AD轉換電路的時候;圖2則把Id對另外兩個之路的影響隔離掉了;圖3則是三個地電流全部分別隔離了。 較通用型的接地方法 這個標題用了個“較”字,是有原因的,因為通用的接地方法根本不存在,這只是個基礎的模型,真正使用中的時候,還需要結合實際情況靈活變通處理,就像語言,同樣一句話“你討厭”,用不同語氣講出的時候,傳遞的信息可是千差萬別。 基本思路是,在設計上,把安全保護地、工作數字地、工作模擬地、工作功率地、雷擊浪湧地、屏蔽地先確保各自獨立的單獨連接,最後在系統聯調的時候,再根據各地之間要解決的問題,即根據接地的目的,將這幾個地按照下列的之間的聯接方式處理下,連接方式包括: a地——地間黃綠導線直聯 這種接法最好理解,就是簡單的使兩個地可靠的低阻抗導通。但切記,此種接法僅限於中低頻信號電路地之間的接法。因為這類導線上有一定的走線電感和走線電阻,對高頻波動地電流,在電感作用下,電纜起到的是大阻抗的作用,相當於低頻接地,高頻下大阻抗接地了,基本不能實現高頻下的可靠導通。 b地——地間寬扁平電纜直聯 扁平電纜主要是解決上面導線直聯不能解決的問題,靜電測試工作台的接地電纜不用直線就是這個道理,它在高頻下可以實現地阻抗對地導通。 c地——地間大電阻連接 大電阻的特點是一旦電阻兩端出現壓差,就會產生很弱的導通電流,把地線上電荷瀉放掉之後,最終實現兩端的壓差=0V,這個特點在希望電荷瀉放,但又不希望快速瀉放的時候,會表現得淋漓盡致。生產工作現場的防靜電台墊,導通電阻一般是106-109歐,就是這個目的。防靜電台墊相當於是工作電路板的地與保護大地間的大電阻。 c地——地間電容連接 電容的特性是直流截止,交流導通,對希望實現這類功能的場合可以考慮採取此方法。比如一個開關電源供電的產品,外殼和保護接地連接,裏面的電路板上的地有雜亂波動干擾,但又無處瀉放的話,在24V、12V、5V等的直流電源地與保護接地間跨接大電容,波動可以被瀉放掉,但直流成分能保證是較穩的;注意,這種情況下,保護地和外殼地的穩定不能保證的話,效果可能會適得其反歐。 d地——地間磁珠連接 在這裏,磁珠的特性需要明確一下,很多工程師經常把磁珠與電感劃等號,這是根本性錯誤。磁珠等同於一個隨頻率變化的電阻,它表現的是電阻特性,是耗損性質的;電感則是儲能性質的,相當於銷峯填谷。所以跨接磁珠的地之間一般是有快速小電流波動的狀態,因為磁珠會飽和,電流太大了,它消耗不了。一般用在弱信號的地——地之間。 e地——地間電感連接 電感具有抑制電路狀態變化的特性,通過電感的連接,可以銷峯填谷,對於有較大電流波動的地——地,跨接電感可以解決這個問題。 f地——地間小電阻連接 小電阻要解決的問題是增加了一個阻尼,阻礙地電流快速變化的過沖,在電流變化時候,使衝擊電流上升沿變緩,相當於晶振輸出端、總線輸出端為減少過沖振鈴的匹配電阻。 安全地、防雷擊浪湧接地的接法 因為雷擊浪湧、安全地的電流一般會遠大於信號電流對人的危害,這兩個接地建議分別單獨接到大地,在真正的大地處單點相接,尤其是防雷擊接地。 希望通過粗淺的總結,為我們浮在雲裏霧端的接地設計提供一個落地的雲梯,使接地的設計真正能接到地氣上來。以上就是接地技術的那些的小細節解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 接地技術 工作接地 功率器件

  • 手把手教你如何設計白光 LED 驅動?

    手把手教你如何設計白光 LED 驅動?

    隨着科技的不斷髮展,當許多新興的多媒體與數據服務變得越來越普遍,手機設計工程師也將持續面臨需要集成更多功能(例如更大的屏幕、百萬像素成像器件、視頻處理以及應用協處理器等)的挑戰,同時還得滿足移動手機用户對待機與通話時間的要求,以及使用者對更長的視頻播放、遊戲與網絡瀏覽的期望,這些都將需要更長的顯示屏使用時間。幸運的是,高亮度 LED 效率以及創新性 LED 驅動器件的改進將能夠幫助設計工程師滿足這些需求,同時還能符合消費者對重量與尺寸的期望。 繁華的城市離不開 LED 燈的裝飾,相信大家都見過 LED,它的身影已經出現在了我們的生活的各個地方,也照亮着我們的生活。推動移動電話顯示由單色轉換為彩色的一個主要趨勢是拍攝功能的集成。最初這些成像器件的分辨率相當有限,同時圖像質量也不佳。 但隨着技術的發展,分辨率由 30 萬像素的 VGA 等級進展到 100 至 200 萬級像素,並快速朝向 300 萬像素以上的分辨率級邁進。在成像器件、處理器與軟件不斷得到改進後,消費者現在希望得到更多的數碼相機功能,例如低照明情況下需要的閃光燈,甚至是自動對焦等。在這樣的分辨率下,良好的畫質輸出以及圖片與視頻分享變得更加實用,這些更高密度的 CMOS 成像器件需要從目標獲得更多的反射光,因此進一步推動了集成閃光功能的需求。 1 LED 驅動設計的新要求 要將傳統的氙氣閃光燈放置到尺寸相當緊湊的手機內對設計工程師來説極具挑戰性,因為除了粗大的閃光用高壓電容外,還必須加上燈泡以及相關的變壓器與電子線路,而傳統的閃光燈也不適用於視頻拍攝的用途。慶幸的是,LED 製造商已經着手通過採用如氮化銦鎵(InGaN)等新材料來提升功率 LED 的光輸出。 另一方面,半導體制造技術的創新以及封裝方式的改進也提高了能夠產生的流明數以及光電轉換效率。要產生最高的光輸出,這些功率 LED 可能需要 400mA 或更高,且脈衝寬度在 50 到 200ms 的電流輸出能力。但是對視頻應用來説,則需要較小的電流,但時間卻不僅限於單一脈衝。除了尺寸的限制以及人體工學的考慮外,這些相機模塊通常會集成在屏幕的後方或上方,以便使用者可以利用 LCD 作為抓取圖像的取景器,這在摺疊式手機上特別常見。成像器件與鏡頭機構可能還必須能夠旋轉,以便手機可以在視頻會議模式下作為面對面溝通的工具,這在 3G 網絡的電話設計上預計將更加普遍,因為有足夠的帶寬可以運用在視頻會議上。 在討論這些趨勢時我們可以明顯地看出,屏幕顯示的質量與分辨率變得越來越高,同時尺寸也越來越大,特別是具備豐富多媒體功能的手機,預計未來將有越來越多的內容,如流視頻或廣播視頻、互聯網瀏覽與電子郵件、拍照與相片查看,以及遊戲和信息獲取服務等。因此,當手機在沒有通話時屏幕使用將更為頻繁,但是如果手機的電池續航能力不夠,這些功能都將受到限制。因此,高效率的系統電源管理,包括屏幕與按鍵的背光電源管理就變得相當重要,而諸如相機閃光燈等以往只有在高端手機中才能看到的功能也將逐漸成為標準配置。 這些也將對白光 LED 背光驅動電路的設計帶來挑戰:更大的屏幕代表了有更多的區域需要背光,因此必須提升驅動器件的整體效率;由於空間有限,所以必須在單一封裝中集成更多的功能;由於考慮的不僅是大小,厚度也必須縮減,特別是滑蓋與摺疊式造型的產品。 2 驅動電路方案 手機中白光 LED 驅動電路經常使用兩種架構:LED 以串聯方式連接的電感升壓轉換電路;每顆 LED 都通過穩定的電流源驅動的電荷泵驅動器。電感解決方案可以帶來最佳的整體效率,而電荷泵方式由於使用小型陶瓷電容作為能量轉換器件,因此體積最小。圖 1 和圖 2 分別給出了兩種驅動架構的典型應用電路。當前,功率 LED 的效率不斷地得到提高,降低了背光 LED 的功耗,因此可以用更少的 LED 提供更高的光輸出。這意味着兩、三年前需要 4 顆 LED 提供背光的 1.5 寸屏幕,現在只需兩顆功耗只有一半的 LED 就能夠得到相同的性能。 為了滿足這個需求,就需要一顆能夠驅動兩個 LED 的新產品,並能以相當低的電流支持屏幕背光的低功耗待機運行。為了解決這個問題,NCP5602/12 系列電荷泵 LED 驅動器件設計成可以支持超低電流的 ICON 模式,同時能夠通過簡單的單線式或傳統的 I2C 串行總線提供兩顆 LED 的普通背光功能。除了支持最新的輕薄封裝趨勢外,這些產品也在設計上採用新的極薄型 LLGA 微封裝技術(2×2×0.55mm)來支持超薄應用。此外,部分改進的 LED 材料與設計擁有更低的正向電壓(由 3.6V 降低到 3.1V),因此對電感解決方案來説,相同的功率可以驅動更多的 LED。而更復雜的 LED 驅動器件,如 NCP5604A/B 就擁有更多的電壓轉換模式選擇,提供更優化的功率轉換,同時集成電流源的功率耗損也更低,在手機電源所使用的鋰離子電池的大部分工作時間內達到 85%的轉換效率(PLED/Pin)。 LED 閃光燈已經成為照相手機必備的配置,安森美開發出的 NCP5608 多重模式電荷泵 LED 驅動器,能夠驅動 4 顆 LED 用於主屏幕與子屏幕的背光,以及可以提供用於驅動 1W 功率 LED 的高達 400mA 的高電流輸出。這些功能在設計上共用一個高效率的電荷泵轉換電路,以便將外接電容的數目降到最低。 由於空間有限,特別是新型超薄直板手機以及翻蓋手機,因此這款器件採用 4×4×0.75mm 的 QFN 封裝。為了將控制驅動器所需的連線數降到最低,該器件採用了兩線 I2C 數據總線作為控制配置接口。在驅動閃光燈 LED 上提供有 4 個專用通道,讓引腳能夠以並聯方式驅動一個高功率 LED,或用來驅動數個以較低電流工作的閃光燈 LED。 3 應用展望 事實上,背光不僅可以應用在屏幕與按鍵上,彩色 RGB(紅綠藍)LED 還可根據音樂、來電鈴聲等提供一些好玩的效果以及個性化設定,例如通過最新的來電識別功能,利用 RGBLED 在視覺上提示用户是誰打進電話。我們可以發現,LED 已經由簡單的背光功能演變成更多的功能。在按鍵上已經開始加入邊緣發光器件來協助按鍵背光的平均分配,同時還能降低手機的整體厚度以及產生背光所需的 LED 數量。 未來,利用 LED 提供照明將在手機以及其他數字消費電子產品上可以看到更多的創新型應用。雖然 LED 在生活中處處可見,但是 LED 也還有一些不足需要我們的設計人員擁有更加專業的知識儲備,這樣才能設計出更加符合生活所需的產品。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 半導體 LED 電流

  • 如何防止設備、電子元件被外界電磁波干擾,你知道嗎?

    如何防止設備、電子元件被外界電磁波干擾,你知道嗎?

    你知道如何防止設備、電子元件被外界電磁波干擾嗎?我們常説的EMC問題,無非是解決電子設備對外輻射干擾,或者如何防止設備、電子元件被外界電磁波干擾的問題。其實學習任何知識都一樣,要打好基本功,EMC理論課電磁波、電磁場等。下面整理了EMC工程師常見的兼容性問題、具體解決方法,以供大家做學習筆記。 1、為什麼數字電路的地線和電源線上經常會有很大的噪聲電壓?怎樣減小這些噪聲電壓? 數字電路工作時會瞬間吸取很大的電流,這些瞬變電流流過電源線和地線時,由於電源線和地線電感的存在,會產生較大的反衝電壓,這就是觀察到的噪聲電壓。減小這些噪聲電壓的方法一是減小電源線和地線的電感,如使用網格地、地線面、電源線面等,另一個方法是在電源線上使用適當的解耦電容(儲能電容)。 2、在實踐中,常見到將多股導線絞起來作為高頻導體,據説這樣可以減小導線的射頻阻抗,這是為什麼? 這樣增加了導線的表面積,從而減小了高頻電阻。 3、電路或線路板電磁兼容性設計時要特別注意關鍵信號的處理,這裏的關鍵信號指那些信號? 從電磁發射的角度考慮,關鍵信號線指週期性信號,如本振信號、時鐘信號、地址低位信號等;從敏感度的角度考慮,關鍵信號指對外界電磁干擾很敏感的信號,如低電平模擬信號。 4、怎樣防止搭接點出現電化學腐蝕現象? 選擇電化學電位接近的金屬,或對接觸的局部進行環境密封,隔絕電解液。 5、什麼是搭接,舉出幾種搭接的方法。 金屬構件之間的低阻抗(射頻)連接稱為搭接,搭接的方式有焊接、鉚接、螺釘連接、電磁密封襯墊連接等。 6、請儘可能多的列出降低地線射頻阻抗的方法。 儘量使用表面積大的導體,以減小高頻電流的電阻;儘量使導體短些,以減小電阻和電感;在導體表面鍍銀,減小表面電阻;多根導體並聯,減小電感。 7、為什麼在有些進口樣機中看到有些地線通過電容或電感接地? 為了使地線系統對於不同頻率的信號呈現不同的地線結構。 8、導致地線干擾問題的根本原因是什麼? 地線的阻抗是導致地線問題的根本原因,由於地線阻抗的存在,當地線上流過電流時,就會產生電壓,形成電位差,而我們在設計電路時,是假設地線上各點電位是相同的,地線電位是整個系統工作的參考電位,實際地線電位與假設條件的不同導致了各種各樣的地線問題。 9、在進行電磁干擾問題分析時,往往用什麼定義來描述地線? 將地線定義為信號的迴流線。 10、當穿過面板的導線很多時,往往使用濾波連接器或濾波陣列板,在安裝濾波連接器或濾波陣列板時要注意什麼問題? 要在濾波連接器或濾波陣列板與機箱面板之間安裝電磁密封襯墊或用導電膠帶將縫隙粘起來,防止縫隙處的電磁泄漏。以上就是如何防止設備、電子元件被外界電磁波干擾解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 射頻 數字電路 電化學

  • LED 車頭燈設計實例,你值得了解

    LED 車頭燈設計實例,你值得了解

    當前隨着科技的不斷髮展,LED技術也在不斷的變化,為我們的生活帶來各種便利,為我們提供各種各樣生活信息,造福着我們人類。LED 產品在很多應用上正逐步取代白熾光源,由於其節能效率非常高,已被視為未來的重點照明技術。據統計數字預計,高亮度 LED 市場的銷售總額將會從 2006 年的 66 億美元增加至 2011 年的 106 億美元,平均每年增幅達 10.6%。相比傳統的白熾燈技術,高亮度 LED 的功耗減少很多,其工作壽命也比白熾燈更長。同時,LED 產品更環保。 在過去的數 10 年裏,LED 僅使用在汽車警示燈或類似的應用方面。然而,高亮度 LED 的面世使這些光源能夠擴大到汽車的內部照明上,而且還包括方向燈、尾燈及剎車燈。最新的發展是利用高亮度白光 LED 作為汽車的白天行車頭燈,並提供明暗燈兩種功能。由於 LED 十分省電,維修率低且具備較高的設計靈活性,預計將有越來越多的汽車製造商轉用 LED 技術提供各種頭燈功能。 LED 汽車頭燈系統的要求 為產生頭燈所需的足夠亮度,有必要使用多個 LED 燈。這些 LED 可以被安排成單一燈串或以 3 個~15 個為一組的多條燈串。為了安全起見,最好是將 LED 驅動器的輸出電壓限制於 60V 以下,而 LED 驅動器的輸入電壓範圍最少應為 8V~16V。汽車 LED 頭燈一般需要較大輸入電壓範圍,以便在內燃機起動和負載突降期間提供頭燈功能,具體電壓取決於汽車製造商,一般為 4V~24V 甚至 36V。 這種應用中,可行的拓撲方法是升壓、降壓 / 升壓及 SEPIC。 圖 1 所示為三種頭燈常用的 LED 驅動器拓撲。 圖 1 最上方的電路為升壓拓撲,這是最簡單及最高效率的配置,但其缺點是不能為輸出提供完全安全的短路保護。此外,其輸出電壓必須高於輸入電壓,並需視 LED 的安排而定,因此有可能形成限制。圖 1 中間的電路為 SEPIC 拓撲。這種方法可提供短路保護及寬廣的輸入和輸出電壓範圍,而且輸出電壓可高於或低於輸入電壓。然而 SEPIC 拓撲的缺點是其對功率組件的要求比升壓及降壓 / 升壓的要高。 圖 1 最下方的電路是建立在一個標準的低邊升壓控制器基礎上的降壓 / 升壓浮動拓撲,它可以將負載的能量送返到輸入。在這個特殊的配置中,一個高邊電流傳感放大器負責感測 LED 的電流。和傳統的降壓 / 升壓拓撲一樣,電感器電流相當於 LED 電流 /(1- 佔空比)。但這種配置當遇到短路接地時不能為輸出提供完全的短路保護。 典型的設計實例 對於汽車 LED 頭燈來説,直至現在還未能確定哪一種功率轉換拓撲才最適合它。對美國國國家半導體最近推出的一款高功率 LED 控制器 LM3421 來説,它能適用於所有拓撲。該控制器適合恆流升壓、SEPIC、降壓 / 升壓及反激拓撲,而且還提供了各種不同拓撲的參考設計。例如,圖 2 中的 LM3421 低邊控制器是恆流 SEPIC 應用的實例,該電路具備高速的調光功能。 雖然市面上有很多其它的低邊功率控制器,但 LM3421 是專為高亮度 LED 應用而設計,並且可分別為數字調光或仿真調光提供快速的數字調光功能及準確的高邊電流感測。配合高邊電流感測,LED 驅動器在驅動器與 LED 之間只需使用一條接線。接地迴路方面,並不一定需要路由回到 LED 驅動器,而是可以通過車身進行接地。高開關頻率讓設計人員可使用較細小的外部功率級組件,而強大的 MOSFET 驅動器能力及低靜態電流則促成了高效率的功率轉換。 “預測性關斷時間”控制模式應該算是 LM3421 解決方案的最大優點。與傳統的 PWM 電流模式控制相比,這種模式在沒有定時情況下,預測性關斷時間控制在任何佔空比時均不會出現電流模式的不穩定現象,同時它還允許不能在定時電流模式系統中(尤其是升壓拓撲)實現的佔空比及電壓轉換率。此外,這種控制也無需進行斜率補償。針對那些需要更多功能要求的應用來説,LM3423 可以派上用場。該器件擁有一系列的額外功能,包括 LED 輸出狀態標記、故障標記、可編程的故障定時器,以及一個可選擇調光輸出驅動器極性的邏輯輸入。 LED 車頭燈已整裝待發 第一輛純 LED 頭燈汽車已由一間德國車廠於 2008 年夏季進行投產,其後雖有不少製造商紛紛積極研發並準備生產,可是直到目前為止,仍有一些障礙使 LED 頭燈未能破繭而出,這包括光度輸出能力、高亮度 LED 的效率及驅動電路的發展。 不過,如今的高亮度 LED 的亮度已經一代比一代出色,一些優秀的功率轉換電路使得在驅動 LED 方面獲得極大的改進且更容易實現。基於這些發展,相信 LED 頭燈將會越來越盛行。雖然 LED 在生活中處處可見,但是 LED 也還有一些不足需要我們的設計人員擁有更加專業的知識儲備,這樣才能設計出更加符合生活所需的產品。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 控制器 LED 驅動器 汽車頭燈系統

  • 關於EMI抗干擾工作全過程,值得你學習

    關於EMI抗干擾工作全過程,值得你學習

    你瞭解EMI抗干擾工作全過程嗎?何為EMI抗干擾?也就是電磁干擾,它會伴隨着電壓,電流的作用而產生,它可以沿着電路或者空氣等介質進行傳導,是一種對周邊電子設備、電子系統產生不良影響的電磁現象。這種電磁干擾,一種是從電源進線引入的外界干擾,另一種是有電子設備產生經過電源線傳導出去。 電磁干擾又可分為共模干擾,差模干擾兩種,差模干擾:是兩條電源線之間(稱為線對線)的干擾噪聲。共模干擾:是兩條電源線對大地(稱為線對地)的干擾噪聲。為了解決這個問題就引入了EMI抗干擾電路。它主要是利用電感元件和電容元件的特性來濾除在電力或者電子系統產生的信號--信號、電源--電源、信號--電源、之間產生的EMI,確保整個電力或電子系統能夠穩定的工作,同時也不對外發出有害的電磁干擾,也防止外部干擾的傳入。 下面根據具體電路來分析EMI電路工作過程: 1、所有由電源線火線(L)而經過電源線零線(N)返回的干擾雜波都稱為差模干擾。如下: 差模干擾方向是相反的,一個進,一個出。當干擾雜波進入電路時會通過X電容C1和C2到零線出,濾除掉干擾雜波,共模電感對差模干擾信號不起作用,因為當干擾信號進入時就會產生左正右負的感應電動勢,當出來時就會產生右正左負的感應電動勢,磁場反向相反,所以相互抵消所以對差模信號不起作用。 2、所有由電源線火線(L)或電源線零線(N)而經過線(GND)返回的干擾雜波都稱為共模干擾。如下: 共模干擾方向時相同的,當共模干擾雜波進入電路時,共模電感L1和共模電容C3、C4來共同濾除干擾雜波,因為電流方向相同,所以電感L1上面和下面感應電動勢方向相同都是左正右負,兩個線圈產生同向的磁場而增大線圈的感抗,使得線圈表現為高阻抗,以此來衰減工模干擾電流,來達到濾除干擾雜波的目的,而火線(L)和零線(N)沒濾波乾淨的干擾電流則通過電容C3、C4經PE(接外殼和大地)濾除掉。以上就是EMI抗干擾工作全過程解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: emi 共模電感 差模干擾

  • 你瞭解電路板採取哪些有效措施進行抗干擾設計嗎?

    你瞭解電路板採取哪些有效措施進行抗干擾設計嗎?

    關於電路板採取哪些有效措施進行抗干擾設計,你知道多少?對於工程師而言,面對如何進行抗干擾是個很嚴峻的問題。其抗干擾設計的基本任務是系統或裝置既不因外界電磁干擾影響而誤動作或喪失功能,也不向外界發送過大的噪聲干擾,以免影響其他系統或裝置正常工作。因此提高系統的抗干擾能力也是該系統設計的一個重要環節。 系統抗干擾設計 抗干擾問題是現代電路設計中一個很重要的環節,它直接反映了整個系統的性能和工作的可靠性。在飛輪儲能系統的電力電子控制中,由於其高壓和低壓控制信號同時並存,而且功率晶體管的瞬時開關也產生很大的電磁干擾,因此提高系統的抗干擾能力也是該系統設計的一個重要環節。 形成干擾的主要原因有如下幾點: 1)干擾源,是指產生干擾的元件、設各或信號,用數字語言描述是指du/dt、di/dt大的地方。干擾按其來源可分為外部干擾和內部干擾:外部干擾是指那些與儀表的結構無關,由使用條件和外界環境因素決定的干擾,如雷電、交流供電、電機等;內部干擾是由儀表結構佈局及生產工藝決定的,如多點接地選成的電位差引起的干擾、寄生振盪引起的干擾、尖峯或振鈴噪聲引起的干擾等。 2)敏感器件,指容易被幹擾的對象,如微控制器、存貯器、A/D轉換、弱信號處理電路等。 3)傳播路徑,是干擾從干擾源到敏感器件傳播的媒介,典型的干擾傳播路徑是通過導線的傳導、電磁感應、靜電感應和空間的輻射。 抗干擾設計的基本任務是系統或裝置既不因外界電磁干擾影響而誤動作或喪失功能,也不向外界發送過大的噪聲干擾,以免影響其他系統或裝置正常工作。其設計一般遵循下列三個原則:抑制噪聲源,直接消除干擾產生的原因;切斷電磁干擾的傳播途徑,或者提高傳遞途徑對電磁干擾的衰減作用,以消除噪聲源和受擾設各之間的噪聲耦合;加強受擾設各抵抗電磁干擾的能力,降低噪聲敏感度。目前,對系統的採用的抗干擾技術主要有硬件抗干擾技術和軟件抗干擾技術。 1)硬件抗干擾技術的設計。飛輪儲能系統的逆變電路高達20kHz的載波信號決定了它會產生噪聲,這樣系統中電力電子裝置所產生的噪聲和諧波問題就成為主要的干擾,它們會對設備和附近的儀表產生影響,影響的程度與其控制系統和設各的抗干擾能力、接線環境、安裝距離及接地方法等因素有關。 轉換器產生的PWM信號是以高速通斷DC電壓來控制輸出電壓波形的。急劇的上升或下降的輸出電壓波包含許多高頻分量,這些高頻分量就是產生噪聲的根源。雖然噪聲和諧波都對電子設各運行產生不良影響,但是兩者還是有區別的:諧波通常是指50次以下的高頻分量,頻率為2~3kHz;而噪聲卻為10kHz甚至更高的高頻分量。噪聲一般要分為兩大類:一類是由外部侵入到飛輪電池的電力電子裝置,使其誤動作:另一類是該裝置本身由於高頻載波產生的噪聲,它對周圍電子、電信設各產生不良影響。 減低噪聲影響的一般辦法有改善動力線和信號線的佈線方式,控制信號用的信號線必須選用屏蔽線,屏蔽線外皮接地。為防止外部噪聲侵入,可以採取以下的措施:使該電力電子裝置遠離噪聲源、信號線採取數字濾波和屏蔽線接地。 噪聲的衰減技術有如下幾點: ①電線噪聲的衰減的方法:在交流輸入端接入無線電噪聲濾波器;在電源輸入端和逆變器輸出端接入線噪聲濾波器,該濾波器可由鐵心線圈構成;將無線電噪聲濾波器和線噪聲濾波器聯合使用;在電源側接人LC濾波器。 ②逆變器至電機配線噪聲輻射衰減,可採取金屬導線管和金屬箱通過接地來切斷噪聲輻射。 ③飛輪電力電子裝置的輻射噪聲的衰減,通常其噪聲輻射是很小的,但是如果周圍的儀器對噪聲很敏感,則應把該裝置裝入金屬箱內屏蔽起來。 對於模擬電路干擾的抑制,由於電路中有要測量的電流、電壓等模擬量,其輸出信號都是微弱的模擬量信號,極易受干擾影響,在傳輸線附近有強磁場時,信號線將有較大的交流噪聲。可以通過在放大器的輸入、輸出之間並聯一個電容,在輸入端接入有源低通濾波器來有效地抑制交流噪聲。此外,在A/D變換時,數字地線和模擬電路地線分開,在輸入端加入箝位二極管,防止異常過壓信號。 而數字電路常見的干擾有電源噪聲、地線噪聲、串擾、反射和靜電放電噪聲。為抑制噪聲,應注意輸入與輸出線路的隔離,線路的選擇、配線、器件的佈局等問題。輸入信號的處理是抗干擾的重要環節,大量的干擾都是從此侵入的。 一般可以從以下幾個方面採取措施: ①接點抖動干擾的抑制;多餘的連接線路要儘量短,儘量用相互絞合的屏蔽線作輸入線,以減少連線產生的雜散電容和電感;避免信號線與動力線、數據線與脈衝線接近。 ②採用光電隔離技術,並且在隔離器件上加RC電路濾波。 ③認真妥善處理好接地問題,如模擬電路地與數字電路地要分開,印製板上模擬電路與數字電路應分開,大電流地應單獨引至接地點,印製板地線形成網格要足夠寬等。 軟件抗干擾技術 除了硬件上要採取一系列的抗干擾措施外,在軟件上也要採取數字濾波、設置軟件陷阱、利用看門狗程序冗餘設計等措施使系統穩定可靠地運行。特別地,當儲能飛輪處於某一工作狀態的時間較長時,在主循環中應不斷地檢測狀態,重複執行相應的操作,也是增強可靠性的一個方法。 電路板設計 由於DSP、CPU等芯片工作頻率較高,即使電路原理圖設計正確,若印製電路板設計不當,也會對芯片的可靠性產生不利影響。例如,如果印製板兩條細平行線靠得很近,則會形成信號波形的延遲,在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此,在設計印製電路板時,應注意採用正確的方法。 1)地線設計。在電路中,接地是控制干擾的重要方法,如能將接地和屏蔽正確結合起來使用,可解決大部分干擾問題。在一塊電路板上,DSP、CPU同時集成了數字電路和模擬電路,設計電路板時,應使它們儘量分開,而兩者的地線不要相混,分別與電源端地線相連。儘量加粗接地線,同時將接地線構成閉環路。 2)配置去耦電容。在直流電源迴路中,負載的變化會引起電源噪聲。例如在數字電路中,當電路從一個狀態轉換為另一種狀態時,就會在電源線上產生一個很大的尖峯電流,形成瞬變的噪聲電壓。配置去耦電容可以抑制因負載變化而產生的噪聲,是DSP電路板的可靠性設計的一種常規做法:電源輸人端可跨接一個10~100μF的電解電容器;為每個集成電路芯片配置一個0.01 μF的陶瓷電容器;對於關斷時電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲型器件,應在芯片的電源線和地線間直接接入去耦電容。注意去耦電容的引線不能過長,特別是高頻旁路電容不能帶引線。 大多數資料有提到過,去耦電容就近放置,是從減小回路電感的角度去談及擺放問題,其實還有一個原則就是去耦半徑的問題,如果電容離着芯片位置較遠,超過去耦半徑,會起不到去耦效果。 考慮去耦半徑的最好辦法就是考察噪聲源和電容補償電流之間的相位關係。當芯片對電流的需求發生變化時,會在電源平面的一個很小的局部區域內產生電壓擾動,電容要補償這一電流(電壓),就必須感知到這一電壓擾動。信號在介質中傳播需要一定的時間,因此發生局部電壓擾動到電容感知到需要有一定的時間延遲,因此必然造成噪聲源和電容補償電流之間的相位上的不一致。特定的電容,對與它自諧振頻率相同的噪聲補償效果最好,我們以這個頻率來衡量這種相位關係。當擾動區到電容的距離到達時,補償電流的相位為和噪聲源相位剛好差180°,即完全反相,此時補償電流不再起作用,去耦作用失效,補償的能量無法及時送達,為了能有效傳遞補償能量,應使噪聲源和補償電流之間的相位差儘可能的小,最好是同相位的。距離越近,相位差越小,補償能量傳遞越多,如果距離為0,則補償能量百分之百傳遞到擾動區,這就要求噪聲源距離電容儘可能得近。 對於大電容,因為其諧振頻率很低,對應的波長非常長,因為去耦半徑很大,所以不用去怎麼關心大電容在電路板上的放置位置的原因,對於小電容,因為去耦半徑很小,需要靠近去耦的芯片。 3)電路板器件的佈置。在器件佈置方面與其他邏輯電路一樣,應把相互有關的器件儘量放得靠近些,這樣可以獲得較好的抗噪聲效果。時鐘發生器、晶振和CPU的時鐘輸人端都易產生噪聲,這些器件要相互靠近些,同時遠離模擬器件。 電路抗干擾設計原則彙總: 1.電源線的設計 (1) 選擇合適的電源 (2) 儘量加寬電源線 (3) 保證電源線、底線走向和數據傳輸方向一致 (4) 使用抗干擾元器件 (5) 電源入口添加去耦電容(10~100uf) 2.地線的設計 (1) 模擬地和數字地分開 (2) 儘量採用單點接地 (3) 儘量加寬地線 (4) 將敏感電路連接到穩定的接地參考源 (5) 對pcb板進行分區設計,把高帶寬的噪聲電路與低頻電路分開 (6) 儘量減少接地環路(所有器件接地後回電源地形成的通路叫“地線環路”)的面積 3.元器件的配置 (1) 不要有過長的平行信號線 (2) 保證pcb的時鐘發生器、晶振和cpu的時鐘輸入端儘量靠近,同時遠離其他低頻器件 (3) 元器件應圍繞核心器件進行配置,儘量減少引線長度 (4) 對pcb板進行分區佈局 (5) 考慮pcb板在機箱中的位置和方向 (6) 縮短高頻元器件之間的引線 4.去耦電容的配置 (1) 每10個集成電路要增加一片充放電電容(10uf) (2) 引線式電容用於低頻,貼片式電容用於高頻 (3) 每個集成芯片要佈置一個0.1uf的陶瓷電容 (4) 對抗噪聲能力弱,關斷時電源變化大的器件要加高頻去耦電容 (5) 電容之間不要共用過孔 (6) 去耦電容引線不能太長 5.降低噪聲和電磁干擾原則 (1) 儘量採用45°折線而不是90°折線(儘量減少高頻信號對外的發射與耦合) (2) 用串聯電阻的方法來降低電路信號邊沿的跳變速率 (3) 石英晶振外殼要接地 (4) 閒置不用的們電路不要懸空 (5) 時鐘垂直於IO線時干擾小 (6) 儘量讓時鐘周圍電動勢趨於零 (7) IO驅動電路儘量靠近pcb的邊緣 (8) 任何信號不要形成迴路 (9) 對高頻板,電容的分佈電感不能忽略,電感的分佈電容也不能忽略 (10) 通常功率線、交流線儘量在和信號線不同的板子上 6.其他設計原則 (1)CMOS的未使用引腳要通過電阻接地或電源 (2)用RC電路來吸收繼電器等原件的放電電流 (3)總線上加10k左右上拉電阻有助於抗干擾 (4)採用全譯碼有更好的抗干擾性 (5)元器件不用引腳通過10k電阻接電源 (6)總線儘量短,儘量保持一樣長度 (7)兩層之間的佈線儘量垂直 (8)發熱元器件避開敏感元件 (9)正面橫向走線,反面縱向走線,只要空間允許,走線越粗越好(僅限地線和電源線) (10)要有良好的地層線,應當儘量從正面走線,反面用作地層線 (11)保持足夠的距離,如濾波器的輸入輸出、光耦的輸入輸出、交流電源線和弱信號線等 (12)長線加低通濾波器。走線儘量短截,不得已走的長線應當在合理的位置插入C、RC、或LC低通濾波器。 (13)除了地線,能用細線的不要用粗線。 7.佈線寬度和電流 一般寬度不宜小於0.2.mm(8mil) 在高密度高精度的pcb上,間距和線寬一般0.3mm(12mil) 當銅箔的厚度在50um左右時,導線寬度1~1.5mm(60mil) = 2A 公共地一般80mil,對於有微處理器的應用更要注意 8.電源線儘量短,走直線,最好走樹形,不要走環形 9.佈局 首先,要考慮PCB尺寸大小。PCB尺寸過大時,印製線條長,阻抗增加,抗噪聲能力下降,成本也增加;過小,則散熱不好,且鄰近線條易受干擾。 在確定PCB尺寸後.再確定特殊元件的位置。最後,根據電路的功能單元,對電路的全部元器件進行佈局。 在確定特殊元件的位置時要遵守以下原則: (1)儘可能縮短高頻元器件之間的連線,設法減少它們的分佈參數和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互捱得太近,輸入和輸出元件應儘量遠離。 (2)某些元器件或導線之間可能有較高的電位差,應加大它們之間的距離,以免放電引出意外短路。帶高電壓的元器件應儘量佈置在調試時手不易觸及的地方。 (3)重量超過15g的元器件、應當用支架加以固定,然後焊接。那些又大又重、發熱量多的元器件,不宜裝在印製板上,而應裝在整機的機箱底板上,且應考慮散熱問題。熱敏元件應遠離發熱元件。 (4)對於電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元件的佈局應考慮整機的結構要求。若是機內調節,應放在印製板上方便於調節的地方;若是機外調節,其位置要與調節旋鈕在機箱面板上的位置相適應。 (5)應留出印製扳定位孔及固定支架所佔用的位置。 根據電路的功能單元.對電路的全部元器件進行佈局時,要符合以下原則: (1)按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使佈局便於信號流通,並使信號儘可能保持一致的方向。 (2)以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行佈局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上.儘量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。 (3)在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分佈參數。一般電路應儘可能使元器件平行排列。這樣,不但美觀.而且裝焊容易.易於批量生產。 (4)位於電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣一般不小於2mm。電路板的最佳形狀為矩形。長寬比為3:2成4:3。電路板面尺寸大於200x150mm時.應考慮電路板所受的機械強度。 10.佈線 佈線的原則如下: (1)輸入輸出端用的導線應儘量避免相鄰平行。最好加線間地線,以免發生反饋藕合。 (2)印製攝導線的最小寬度主要由導線與絕緣基扳間的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為0.05mm、寬度為 1 ~ 15mm 時.通過 2A的電流,温度不會高於3℃,因此.導線寬度為1.5mm可滿足要求。對於集成電路,尤其是數字電路,通常選0.02~0.3mm導線寬度。當然,只要允許,還是儘可能用寬線.尤其是電源線和地線。導線的最小間距主要由最壞情況下的線間絕緣電阻和擊穿電壓決定。對於集成電路,尤其是數字電路,只要工藝允許,可使間距小至5~8mm。 (3)印製導線拐彎處一般取圓弧形,而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外,儘量避免使用大面積銅箔,否則.長時間受熱時,易發生銅箔膨脹和脱落現象。必須用大面積銅箔時,最好用柵格狀.這樣有利於排除銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體。 11.焊盤 焊盤中心孔要比器件引線直徑稍大一些。焊盤太大易形成虛焊。焊盤外徑D一般不小於(d+1.2)mm,其中d為引線孔徑。對高密度的數字電路,焊盤最小直徑可取(d+1.0)mm。 12.PCB及電路抗干擾措施 印製電路板的抗干擾設計與具體電路有着密切的關係,這裏僅就PCB抗干擾設計的幾項常用措施做一些説明。 13.電源線設計 根據印製線路板電流的大小,儘量加租電源線寬度,減少環路電阻。同時、使電源線、地線的走向和數據傳遞的方向一致,這樣有助於增強抗噪聲能力。 14.地線設計 地線設計的原則是: (1)數字地與模擬地分開。若線路板上既有邏輯電路又有線性電路,應使它們儘量分開。低頻電路的地應儘量採用單點並聯接地,實際佈線有困難時可部分串聯後再並聯接地。高頻電路宜採用多點串聯接地,地線應短而租,高頻元件周圍儘量用柵格狀大面積地箔。 (2)接地線應儘量加粗。若接地線用很紉的線條,則接地電位隨電流的變化而變化,使抗噪性能降低。因此應將接地線加粗,使它能通過三倍於印製板上的允許電流。如有可能,接地線應在2~3mm以上。 (3)接地線構成閉環路。只由數字電路組成的印製板,其接地電路布成團環路大多能提高抗噪聲能力。 15.退藕電容配置 PCB設計的常規做法之一是在印製板的各個關鍵部位配置適當的退藕電容。 退藕電容的一般配置原則是: (1)電源輸入端跨接10~100uf的電解電容器。如有可能,接100uF以上的更好。 (2)原則上每個集成電路芯片都應佈置一個0.01pF的瓷片電容,如遇印製板空隙不夠,可每4~8個芯片佈置一個1 ~ 10pF的但電容。 (3)對於抗噪能力弱、關斷時電源變化大的器件,如 RAM、ROM存儲器件,應在芯片的電源線和地線之間直接接入退藕電容。 (4)電容引線不能太長,尤其是高頻旁路電容不能有引線。 此外,還應注意以下兩點: (1)在印製板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時.操作它們時均會產生較大火花放電,必須採用附圖所示的 RC 電路來吸收放電電流。一般 R 取 1 ~ 2K,C取2.2 ~47UF。 (2)CMOS的輸入阻抗很高,且易受感應,因此在使用時對不用端要接地或接正電源。以上就是電路板採取哪些有效措施進行抗干擾設計解析,希望能給大家幫助。

    時間:2020-10-20 關鍵詞: 干擾源 敏感器件 傳播路徑

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