电阻电容电感选型复习
电阻选型需要考虑的因素:
1.额定功率。
2.最大工作电压。这两个参数是针对瞬间峰值电压的。如果持续50V,早就超过电阻的额定功率了。平时设计的时候,根据实际工作功率来控制电压不要超标,就可以了。如果电路有毛刺,就需要考虑峰值有没有超标。
0欧姆电阻,并不是绝对的0欧姆,0这个数没办法计算的,所以误差和功率,都和普通电阻不一样。误差是<0.05Ω,功率不计算,只计算通过的电流。0402的0欧姆电阻额定电流是1A。硬件设计的时候,如果在电源线上串联0欧姆电阻,一定要算清楚电流。
0欧姆电阻作用:
在匹配电路参数不确定的时候,以0欧姆代替,实际调试的时候,确定参数,再以具体数值的元件代替,比如某些高速信号阻抗匹配电路,在设计之初并不知道需要多大匹配电阻,通常会用0欧姆电阻先贴上,后面调试完成再做替换;
熔丝作用。由于PCB上走线的熔断电流较大,如果发生短路过流等故障时,很难熔断,可能会带来更大的事故。由于0欧电阻电流承受能力比较弱(其实0欧电阻也是有一定的电阻的,只是很小而已),过流时就先将0欧电阻熔断了,从而将电路断开;
接地。0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗)。
电感选型:
如果电感器在没有电流通过的状态下,电路接通时它将试图阻碍电流流过它;如果电感器在有电流通过的状态下,电路断开时它将试图维持电流不变。电感线圈有阻止交流电路中电流变化的特性。
品 质因素Q是表示线圈质量的一个物理量,Q为感抗XL与其等效的电阻的比值,即:Q=XL/R。线圈的Q值愈高,回路的损耗愈小。线圈的Q值与导线的直流电 阻,骨架的介质损耗,屏蔽罩或铁芯引起的损耗,高频趋肤效应的影响等因素有关。线圈的Q值通常为几十到几百。采用磁芯线圈,多股粗线圈均可提高线圈的Q 值。
电感器在直流电流如同短路,对交流电流则呈现高阻抗,在电路中的基本用途有扼流、滤波、调谐、储能等。在开关转换器的应用中,电感器是最重要的储能组件,且与输出电容形成低通滤波器,将输出电压涟波变小,因此也在滤波功能上扮演重要角色。
流过DC-DC转换器中功率电感的电流是三角波电流。一般来说,可将纹波电流△I设置为负载电流Iout的30%左右。因此,只要决定DC-DC转换器的条件,就能根据以下算式粗略计算适当的功率电感器电感。在DC-DC转换器的SPEC或datasheet中都推荐了不同电感值作为参考值。因此,即使不进行上述算式之类的计算,也能按照制造商的参考值选定。
如果选择不合适,电感容易饱和,引起实际感值下降,不能满足设计需求,甚至有可能烧坏电路。饱和电路各家的定义略有不同,通常而言指的是初始电感值减小30%时的电流,如下图,一个4.7uH的电感,在1.5A时,电感下降了30%,只有大约3.3uH。如果Isat不够的话,纹波电流会随着电感值的下降而增加。因为根据上面的公式,在负载电流不变时,L减小了,I自然就会变大。
如果此参数选择不合适,很可能引起输出电流纹波增加,进而导致峰值电流增加,引起电感值下降,电感值下降进一步增加输出电流纹波,行程恶性循环。
温升电流。这是规定使用电感时的环境温度容许范围的参数。温升电流的定义各家厂商也有区别,一般而言,指的是将电感温度上升了30℃时的电路。
直流阻抗Rdc。表示通过直流电时的电阻值。这个参数影响最大最直接的就是发热损耗,所以直流阻抗越小损耗越少。减小Rdc与尺寸小型化等条件略有冲突。只要从上述的满足电感、额定电流等必要特性的电感器当中,选定Rdc更小的产品即可。
阻抗频率特性。理想电感的阻抗随着频率增加而增加,然而实际电感由于寄生电容和寄生电阻的存在,在一定频率下呈现感性,超过一定频率呈容性,阻抗反而随着频率的增加而减小,这个频率就是转折频率。、
PCB走大电流:
增加铜厚、加宽线径、提高PCB散热能够增强PCB的载流能力。那么如果我要走100 A的电流,我可以选择4 OZ的铜厚,走线宽度设置为15 mm,双面走线,并且增加散热装置,降低PCB的温升,提高稳定性。
开窗镀锡,加铜块。
ClassA、ClassB是什么?哪个更严格?
ClassA产品一般是用于工业,室外环境的产品。ClassB产品一般是用于民用,室内环境的产品。民用的当然要比工业的严格,工业用的允许辐射稍微大一点。
其实最主要还是考虑设备的使用环境:class A的产品干扰要求低一些,但是抗扰度就要求严格一些。class B的产品干扰要求严格,但是抗干扰要求相对就低一些。ClassI 是指 3Pin 输入,带保护接地的产品。ClassII 是指 2Pin 输入,不带保护接地的产品。ClassA、ClassB与ClassI、ClassII之间并没有什么联系。
EMC整改:
有备无患的工具:陶瓷电容、Y电容、镊子、铜箔胶带、亚胺胶带、铁氧体磁环、笔记本电脑、充电器。
二、技巧知识
1.注意电源对单片机的影响。单片机电源加滤波电路,以减小电源噪声对单片机的干扰。
2.注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振外壳接地并固定。
3.电路板合理分区。如强、弱信号,数字、模拟信号。尽可能把干扰源(如485、继电器)与敏感元件(如单片机)远离。
4.单片机和大功率器件的地线要单独接地,以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。
5.布线时尽量减少回路环的面积,以降低感应噪声。电源线和地线要尽量粗。除减小压降外,更重要的是降低耦合噪声。
6.对于单片机闲置的I/O口,不要悬空,要下拉接地或上拉接电源。
7.在速度能满足要求的前提下,尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。
9.通讯线建议做成双绞线:将环路面积降到最小,提高抗干扰能力。
10.连接线尽量短,远离高速信号、射频信号、变压器、晶振和开关电源等,且尽量走板子边缘。
11.输入交流线L、N同时套一个磁环能有效抑制共模干扰。
12.将连接线在磁环上绕几圈,圈数越多,干扰抑制效果越好。但是要根据干扰电流的频率特点来调整磁环的圈数。
三、专业术语
1.EMC(Electro Magnetic Compatibility)
电磁兼容。指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰,也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。
2.EMI(Electro Magnetic Interference)
电磁干扰。指电子设备(干扰源)通过电磁波对其他电子设备产生干扰的现象。
3.EMS(Electro Magnetic Susceptibility)
电磁敏感度。指由于电子设备受到外界的电磁能量,造成自身性能下降的容易程度。
4.传导干扰和辐射干扰(EMI两种主要类型)
传导干扰(Conduct Interference)是指干扰源通过导电介质(如电线)把自身电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。
辐射干扰(Radiate Interference)是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。
5.分贝(Decibel,dB)
电磁兼容中常用的基本单位。是一个纯计数单位,本意是表示两个量的比值大小。
6.半电波暗室(Semi-anechoic Chamber)
用于电磁兼容测量,包括电磁辐射干扰测量和电磁辐射敏感度测量。五面贴吸波材料,模拟开阔试验场,电波传播时只有直射波和地面反射波。
EMC整改步骤:
通过猜想再验证就能找到问题点。通常的解决办法也无非就是消除干扰源和隔断传播路径两种。
一、确认现象,证明测试准确。
这里很重要的一点就是测试环境。稍不注意,结果可能就不准确。设备的位置,电线的摆放都是有讲究的。之前做辐射干扰的时候,把笔记本电脑遗忘在了实验室,而且电脑是开着的。测试结果明显就差了很多。
二、看波形,找原因。
针对某个频率点超标,要分析可能的原因,找到问题点。这是很重要的一部分,也是花时间最多的一部分。常用排除法来查找。
①首先排除自己能想到的问题。②如果还是不行,简单粗暴的方式就是拔掉一些功能连接线(比如wifi天线,显示屏连接线,灯排线,刷卡器线类似等等)。这一步很大可能会找到原因。很遗憾,以上两个步骤都没能完全解决我的问题。传导干扰还是过不了。③既然是传导,那就跟电源有关。最有可能的怀疑对象是一个12V转5V的BUCK降压芯片。
规格书上是固定频率570kHz,跟我们的干扰频率很接近。
怎么确定就是这个芯片的原因呢?只要BUCK芯片不工作就可以了。可以采用两种方式来排查,一种是外供电,另一种是用LDO替代。果然超高的频点降了下来,证明确实是BUCK芯片的开关频率引起传导干扰测不过。
既然是BUCK芯片引起的,首先想到的是PCB布板,再对照规格书查看。
再对照PCB板仔细分析,滤波电容靠近管脚,电流回路面积最小,芯片用地包起来,没有发现问题。接下来怎么办呢?开关频率没法调,驱动电阻是芯片内部集成的,也调不了。只有尝试在电源处加滤波电容,多次尝试无果。突然又有一个猜想,传导干扰不会是辐射引起的吧,然后再耦合到电源线上?于是我用铜箔把整个芯片包起来,并且铜箔接地,果然问题解决了。
RS485采用双绞线进行连接:线的外层用屏蔽线和屏蔽罩子包裹:
要将三角波转换为正弦波,通常可以使用低通滤波器:
伏秒积不平衡改善方法:
伏秒积不平衡(Volt-Second Imbalance)问题通常出现在变压器、电感或电力电子电路中,尤其是在开关电源和逆变器中。如果伏秒积不平衡得不到改善,可能导致磁芯饱和、元件损坏或系统效率降低
搞懂元器件,就搞懂了电路的一半