Comments 22
Можно и так. Выбор инструмента оставим за проектировщиком :)) Я не проверял формулы из справочника касательно расчета ёмкости, но был опыт расчета индуктивности катушки таким способом, и результаты были вполне ничего для первого приближения. Формулы можно занести в excel и получить экспресс оценку, если хочется быстро получит результат. Если есть желание можно освоить fem решатель, как сделал это я. Но это, как говорится, уже совсем другая история.
У формул есть несомненный плюс, они позволяют проверить адекватность решения методом МКЭ. Сам метод конечных элементов таит в себе много подвохов для проектировщика - задача может сойтись к решению, но результат не будет иметь ничего общего с реальностью. Можно просто получить набор цветных картинок.
К счастью или к сожалению, путь, который здесь описан, пройден ножками методом шаг вперёд и два назад. Статья написана для того, чтобы этот опыт остался доступным тем, кому он может сэкономить время и деньги, и чтобы эти результаты не умерли просто так. Иначе время, потраченное авторами можно просто умножить на 0. Работа выполнена силами одного студента и одного аспиранта. Специальность этих людей не связана с моделирование электромагнитных полей, моделированием схем и микроэлектроники. Предложенная методика, как и говорится в начале статьи, была разработана на основе методики Wurth electronics, но дополнена методом определения паразитных ёмкостей в явном виде. Я постараюсь пригласить для обсуждения полученных результатов представитель Wurth, как минимум я отправлю им ссылку на статью.
Проверить экспериментально полученные результаты в моделях не получилось, так как отсутствует анализатор спектра и lisn на необходимый ток (15а).
Сам электронный блок, который используется в качестве примера в данной статье, действительно существует. Это был первый коммерческий опыт разработки (неудачный). Также блок был проанализирован с точки зрения тепловыделения ( потери на элементах рассчитаны в PSpice, тепловые карты построены в Ansys icepack). Тепловая модель верифицирован экспериментально для прототипа на текстолита fr4, также было проведено моделирование платы с металлическими основанием. На текстолита расхождение с экспериментом было в районе 8%. В эксперименте блок работал при номинальной нагрузке, температура измерялась тепловизором и термопарами.
Если кому нибудь будет интересно, то можно рассмотреть возможность написания статьи о тепловом моделировании. Также есть небольшое продвижение в области моделирования излучаемых помех. Нетронутыми остались вопросы механической прочности и надёжности.
Насколько я понимаю, Icepack это пре/постпроцессор. Сама задача решается при помощи решателя CFX. В Icepack есть адаптированные под нужды электроники методы задания возбуждения, и ещё методы построения сетки в тонких, по сути пленочных, метализированных слоях печатной платы. Icepack как раз и разработан для оценки теплового состояния электронного оборудования и разработки систем охлаждения для него.
Не учитывается поле рассеивания дросселя.
Цепь управления затвором стараются сделать покороче. Если к коротким дорожкам платы добавить выводы элементов цепи затвора, то емкость может значительно возрасти. И.т.д.
В статье предложенной методике скорее как раз таки учитываются параметры компонентов. Топология представлена лишь в виде паразитных ёмкостей. При построении моделей всегда ставится вопрос о том, какое явление и в каких пределах нужно исследовать. Те ёмкости и индуктивности, о которых Вы пишите, влияют скорее на высокочастотную часть спектра и на излучаемые помехи. В статье речь идёт о моделировании кондуктивных помех и прохождении испытаний на соответствие стандарту CISPR25 (можно и другой). Индуктивность расселения дросселя учитывается в Spice модели, поэтому иногда можно сделать попытку совместить синфазные и дифференциальный фильтр в одном элементе (комбинированный фильтр). Для решения задачи определения уровней излучаемых помех необходимо использовать уже решатель hfss. У Ansys есть пример прямо в справке, иллюстрирующий виртуальные испытания на определение уровня излучаемых помех, соответствующая модель прилагается в библиотеке примеров. Типовое геометрия стола, безэховой камеры и антенны тоже есть в библиотеке стандартных компонентов. При моделировании важно понимать, какой результат нужно получить, и какие ограничения есть. Для одного случая может быть достаточно закона Ома и уравнений Кирхгофа, в другом же нельзя обойтись без уравнений Максвелла.
Я не предлагал вам моделировать безэховую камеру. Там как раз модели довольно простые. Сложно смоделировать как ваш преобразователь будет внутри своего металлического корпуса свистеть вобход фильтра.
Разные задачи - разные подходы. Если нужно провести моделирование ещё и излучаемых помех, учесть излучение дросселей и других компонентов, то необходимо использовать уже решатель hfss. В таком случае можно будет учесть корпус. Всегда стоит вопрос о том, насколько усложнение модели позволяет поднять точность в исследуемой области. Ansys для проведения виртуальных испытаний предлагает в примере для определения кондуктивных помех использовать комбинированную модель: печатная плата - конечно элементная модель, модели компонентов - spice модели. При моделировании всегда следует помнить об ограничениях и допущениях при построении модели, метод приведенный в статье не предназначен для оценки излучаемых помех, но может помочь при оценке кондуктивных помех. Если это необходимо, то можно дополнить модель параметрами цепи затвора. Создание модели цепи затвора и определение ее параметров носит характер отдельного исследования. Стоит заметить, что при использовании стандартного синфазного дросселя подавление возрасло на столько, что получился значительный запас для прохождения испытаний. Вероятно столь детальное исследование имеет смысл, если требуется получить очень оптимальное решение и есть готовность проектировать пассивные компоненты. В противном случае можно просто увеличить запас.
Можно построить более сложную модель для учета излучения, но это требует уже других инструментов. При помощи одномерного моделирования можно спроектировать и оценить полученное решение, также можно посмотреть как различные элементы влияют на итоговый результат. Аналогичные методики оценки предлагают Texsas Instruments и Wurth Electronics. Наличие какого то решения лучше, чем отсутствия решения вообще. Методика не позиционируется как способ гарантированно получить стопроцентный результат, но может помочь снизить трудозатраты и более осознанно двигаться при проектировании.
Номинальная выходной ток
Потенциальной имеется два направления работы
ДбмкВ
Поправьте
Общие вопросы проектирования печатных плат можно посмотреть здесь.
демпфер (для подавления резонансных явлений между фильтром и входным конденсатором
)
Небольшое дополнение: выходной импеданс фильтра должен быть много ниже входного импеданса конвертера. А так как входной импеданс импульсных конверторов отрицательный, надо чтобы фильтр ещё и не звенел. Демпферная цепочка нужна для минимизации пика выходного импеданса. Расчётная формула отличается от той, что написали вы. Подробности можно прочитать тут:
Robert W. Erickson, "Optimal Single Resistor Damping of Input Filters".
C. Basso, "Input Filter Interactions with Switching Regulators".
Как спроектировать фильтр электромагнитных помех для DC-DC преобразователя?