Boost变换器功率开关PCB布线的设计分析

王新拓

[摘 要] 随着社会不断进步，各类新技术、新材料应运而生，被广泛应用到不同领域、行业中，发挥着关键性作用。在变换器电路运行中，功率开关管属于核心干扰源，设计中必须控制好电磁干扰。因此，以Boost变换器为例，多角度、多层次探讨了功率开关PCB布线设计。

[关 键 词] Boost变换器；功率开关；PCB布线；设计

[中图分类号] TM46 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2016）28-0087-01

就PCB来说，属于印刷电路板，是产品设计中不可忽视的重要环节，设计初期，设计者必须根据各方面情况，严格按照相关规定，有效抑制电磁干扰，才能在减少设计费用的基础上，缩短生产周期。在设计Boost变换器中，设计者必须合理布局设计变换器主电路，客观分析影响电路电磁干扰的因素，比如，开关管漏，达到抑制电磁干扰的目的，确保该类变换器处于高效运行中。

一、Boost变换器电磁干扰模型

站在客观的角度来说，想要使电力电子变换器具有较高的性能，其元器件、电路必须具有较高的质量，PCB组件布局、电气联机结构设计必须合理，一旦相同组件、参数电路的布局设计、电气联机方向不合理，将会造成严重的影响，变换器极易受到电磁干扰，导致一系列信息数据不准确，相关工作也无法顺利开展。在Boost变换器功率开关PCB布线设计过程中，设计者必须多层次构建合理化的变换器电磁干扰模型，合理设计Boost主电路电感、输出电容、功率开关管等，电阻、电感处于串联状态，要控制好布线“长度、宽度”等，确保相关数值准确。如果变换器运行稳定，电磁干扰不会受到整流电路的影响，使其可以传向阻抗稳定的网络，这被称之為短路。如果网络阻抗稳定，其上隔直电容阻抗并不大，并不会造成严重的影响，可以不同考虑。在构建这一电磁干扰模型中，设计者要尽可能使其简化，不要过于复杂，不需要客观分析各个电容寄生参数，变换器主电路的电感寄生电容参数，但功率开关管漏、源极电压等必须处于动态变化中，要处于梯波状态。在此基础上，设计者要综合分析差模干扰、共模干扰下的传导路径，得到关于Boost变换器的差模干扰、共模干扰，简化对应的电路，避免复杂化，降低操作难度，可以在动态检测电阻上电压过程中准确把握电磁干扰情况，采取适宜的措施有效抑制电磁干扰，促使Boost变换器处于稳定运行中。

二、数值分析、线路仿真與实验

（一）数值分析

在构建好Boost变换器电磁干扰模型后，设计者要根据共模与差模电压定义，明确对应电路关系，准确把握在导线电阻变化过程中，对线路差模、共模造成的影响，优化设计PCB布线。在此过程中，设计者要利用Matlab绘制出关键性导线、差模和共模之间的关系曲线图，准确计算传导电磁干扰频率较高情况下的相关数值，不需要计算对应的寄生电阻，进行合理化的分析。在分析过程中，设计者会发现传导电磁干扰不同频段很少受到开关管漏电感的影响，但如果源极引线处于动态变化中，会对传导电磁干扰不同频段造成不同程度的影响，尤其是高频段。如果源极引线电感不断增加，差模和共模却会不断减少，属于反比例关系。

（二）线路仿真与实验

在Boost变换器功率开关PCB布线设计中，设计者需要以Saber为基点，根据Boost变换器特点、性质，仿真该类变换器电子线路电磁干扰，准确把握Boost变换器电路参数，控制好开关频率，确保仿真波形准确。在仿真过程中，设计者同样会发现源极引线电感和线路差模与共模密切相关，属于反比例关系，在传导电磁干扰高频段尤其明显。同时，在整个频段中，如果源极引线电感处于恒定状态，开关管漏电感并不会对传导电磁干扰产生较大的影响，加上在构建数值分析模型中，功率开关管等计算过程已被简化，电子线路仿真、数值分析结果中，差模和共模会存在偏差，但开关管漏以及源极引线电感在变换器传导电磁干扰方面的影响特性相同。在实验方面，设计者需要采用布局不同的Boost变换器装置，采用IRFZ44N功率开关管，借助SG3525电路，产生一定的PWM信号，构建光耦隔离驱动电路，优化功率开关PCB布线设计。

三、结语

总而言之，在Boost变换器功率开关PCB布线设计中，设计者必须遵循相关原则，严格按照相关规定，制定好合理化的设计方案，构建可行的Boost变换器电磁干扰模型，要根据功率开关管漏、源极引线二者电感对线路传导电磁干扰的影响程度，采取针对性措施，适当增加线路源极引线的电感，有效抑制电磁干扰，特别是其在高频段中的分布，要意识到低频段滤波设计的重要性，以此，优化设计其PCB布线，提高Boost变换器各方面性能，具有较高的安全性、稳定性，延长其使用寿命，降低其运营成本，充分发挥其多样化作用。

参考文献：

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