浪涌(electrical surge),顧名思義就是瞬間出現(xiàn)超出穩(wěn)定值的峰值,它包括浪涌電壓和浪涌電流。浪涌也叫突波,顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。
在嵌入式FPGA系統(tǒng)中,電源完整性(Power Integrity, PI)直接影響信號(hào)質(zhì)量、時(shí)序收斂和系統(tǒng)可靠性。尤其在腦機(jī)接口、5G通信等高實(shí)時(shí)性場(chǎng)景中,微伏級(jí)噪聲可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤碼率激增。本文結(jié)合8層PCB設(shè)計(jì)實(shí)踐,解析電源噪聲的傳播機(jī)制與優(yōu)化策略。
穩(wěn)壓器作為電力系統(tǒng)中穩(wěn)定電壓的關(guān)鍵設(shè)備,廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、智能家居、精密儀器等領(lǐng)域。然而,其工作過程中產(chǎn)生的電磁輻射,不僅可能干擾周邊電子設(shè)備的正常運(yùn)行,還可能對(duì)人體健康造成潛在影響。因此,采取科學(xué)有效的措施降低穩(wěn)壓器輻射,成為保障用電安全與環(huán)境健康的重要課題。本文將從多個(gè)維度,詳細(xì)介紹降低穩(wěn)壓器輻射的實(shí)用方法。
在電子電路設(shè)計(jì)中,去耦電路的核心作用是抑制電源噪聲、穩(wěn)定供電電壓,而耦合電容作為其中的關(guān)鍵元件,其選型直接決定了電路的穩(wěn)定性、抗干擾能力和整體性能。耦合電容不僅承擔(dān)著濾除高頻噪聲、傳遞交流信號(hào)的職責(zé),還需兼顧電路的頻率特性、電壓需求和安裝環(huán)境等多重因素。因此,掌握科學(xué)的選型方法,對(duì)提升電子設(shè)備的可靠性具有重要意義。
在電力電子設(shè)備的運(yùn)行體系中,AC/DC 開關(guān)電源作為能量轉(zhuǎn)換的核心部件,其啟動(dòng)階段的沖擊電流問題一直是影響設(shè)備可靠性與電網(wǎng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。沖擊電流通常是指電源接通瞬間,由于輸入濾波電容的初始電壓為零,導(dǎo)致的瞬時(shí)大電流峰值,其數(shù)值可達(dá)額定工作電流的數(shù)十倍甚至上百倍。這種瞬時(shí)過流不僅會(huì)造成電源輸入端口的電壓跌落,影響同一電網(wǎng)中其他設(shè)備的正常工作,還可能損壞整流橋、熔斷器等關(guān)鍵元器件,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)開關(guān)觸點(diǎn)的電弧拉弧現(xiàn)象,縮短設(shè)備使用壽命。因此,研發(fā)高效、可靠的沖擊電流限制技術(shù),對(duì)提升 AC/DC 開關(guān)電源的整體性能具有重要的工程意義。
在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,MCU(微控制單元)作為核心控制模塊,其供電電路的穩(wěn)定性直接決定了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。不同應(yīng)用場(chǎng)景下,MCU 對(duì)供電電壓精度、紋波抑制、效率、成本及體積的需求存在顯著差異,因此科學(xué)選擇供電方案成為嵌入式設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文將結(jié)合 MCU 供電的核心需求,系統(tǒng)分析主流供電方案的特性的適用場(chǎng)景,為工程設(shè)計(jì)提供實(shí)用參考。
電池供電系統(tǒng)的可靠性、效率與壽命成為制約技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。傳統(tǒng)鋰電池方案因功率密度不足、循環(huán)壽命有限,難以滿足高脈沖負(fù)載與頻繁充放電場(chǎng)景的需求;而超級(jí)電容雖具備毫秒級(jí)響應(yīng)與百萬次循環(huán)優(yōu)勢(shì),卻受限于能量密度?;旌蟽?chǔ)能拓?fù)渫ㄟ^將超級(jí)電容與鋰電池優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),構(gòu)建出兼顧能量與功率特性的新型供電體系,正在電動(dòng)汽車、數(shù)據(jù)中心備用電源、可再生能源儲(chǔ)能等領(lǐng)域引發(fā)系統(tǒng)性變革。
在智能穿戴設(shè)備追求極致輕薄與持久續(xù)航的賽道上,微型電池技術(shù)正通過硅基負(fù)極材料與固態(tài)電解質(zhì)的雙重突破,重構(gòu)智能手表的能源架構(gòu)。從實(shí)驗(yàn)室原型到消費(fèi)電子量產(chǎn),這項(xiàng)融合材料科學(xué)與微納電子技術(shù)的創(chuàng)新,正在解決傳統(tǒng)鋰離子電池能量密度與安全性的根本矛盾。
用戶對(duì)充電效率與設(shè)備便攜性的雙重需求催生了緊湊型適配器的技術(shù)革新。氮化鎵(GaN)器件憑借其高頻開關(guān)特性與低損耗優(yōu)勢(shì),成為突破傳統(tǒng)硅基適配器性能瓶頸的核心技術(shù)。然而,高頻開關(guān)帶來的電磁干擾(EMI)問題,以及緊湊設(shè)計(jì)下的散熱與可靠性挑戰(zhàn),成為制約GaN適配器大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文結(jié)合實(shí)際案例與技術(shù)數(shù)據(jù),系統(tǒng)闡述GaN器件在緊湊型適配器中的高頻開關(guān)優(yōu)勢(shì)及EMI解決方案。
在電子DIY領(lǐng)域,將閑置電源適配器改造為可調(diào)電壓適配器是資源再利用的典型案例。其中,基于LM2596芯片的模塊因其高集成度、寬輸入范圍(4.5V-40V)和可調(diào)輸出特性(1.25V-37V),成為改造首選。本文結(jié)合工程實(shí)踐與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),系統(tǒng)闡述LM2596模塊的改裝方法及紋波抑制技巧。
整流技術(shù)是開關(guān)電源中能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其本質(zhì)是通過續(xù)流元件構(gòu)建電流回路,實(shí)現(xiàn)電能的穩(wěn)定輸出。二者的根本區(qū)別在于續(xù)流元件的選擇與控制方式:
在電子設(shè)備廣泛應(yīng)用的當(dāng)下,開關(guān)電源作為能量轉(zhuǎn)換的核心部件,其電磁兼容性(EMC)直接影響設(shè)備整體性能與周邊環(huán)境安全。其中,輻射騷擾作為開關(guān)電源 EMC 問題的主要表現(xiàn)形式,不僅可能導(dǎo)致設(shè)備自身故障,還會(huì)干擾其他電子設(shè)備的正常運(yùn)行,甚至違反國際國內(nèi)相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)。因此,深入分析開關(guān)電源輻射騷擾的產(chǎn)生機(jī)制,并制定有效的抑制策略,成為電子工程領(lǐng)域的重要研究課題。
在高精度 ADC、高速 DAC 及射頻收發(fā)器構(gòu)成的高性能信號(hào)鏈中,電源系統(tǒng)的紋波噪聲已成為制約系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。當(dāng)紋波噪聲通過電源網(wǎng)絡(luò)耦合到信號(hào)路徑時(shí),會(huì)直接導(dǎo)致信噪比(SNR)下降、有效位數(shù)(ENOB)降低,甚至引發(fā)數(shù)字電路誤碼。本文將從紋波的危害機(jī)理出發(fā),系統(tǒng)闡述高性能信號(hào)鏈中電源紋波的分析框架與工程實(shí)踐方法。
理想電網(wǎng)中,電壓與電流應(yīng)是光滑的正弦波,但現(xiàn)代用電場(chǎng)景里,這道純凈波形正被悄然扭曲。諧波的本質(zhì),是頻率為基波(我國為 50Hz)整數(shù)倍的 “雜質(zhì)” 電流,其根源在于非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用。從工廠的變頻器、電弧爐,到商業(yè)建筑的 LED 照明、電梯,再到新能源場(chǎng)站的光伏逆變器,這些設(shè)備的電流與電壓不呈線性關(guān)系,經(jīng)傅里葉分析可分解出 3 次、5 次、7 次等奇次諧波 —— 它們占總畸變量的 82%-93%,其中 3 次諧波在低壓系統(tǒng)中危害尤甚。
在電力電子設(shè)備朝著小型化、高頻化發(fā)展的當(dāng)下,電磁干擾(EMI)問題與電源尺寸限制成為設(shè)計(jì)中的兩大核心挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)無源 EMI 濾波器雖能在一定程度上抑制干擾,但往往需要大容量電感、電容等元件,導(dǎo)致電源體積龐大,難以滿足消費(fèi)電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域?qū)π⌒突男枨?。而集成有?EMI 濾波器(Integrated Active EMI Filter,IAEF)的出現(xiàn),不僅能顯著提升 EMI 抑制效果,還能大幅縮減元件占用空間,成為解決這一矛盾的關(guān)鍵技術(shù)。