湖南理工學院畢業設計(論文)PAGEPAGEIII學號畢業設計(論文)題目：手持通信設備充電開關電源的優化設計畢業設計(論文) -PAGEI- 摘要本文簡要分析了手機充電器的基本原理，對現有充電器進行研究并對其存在的問題進行優化.主要結合電磁干擾的產生特點及對電路的危害,對共模電流及差模電流進行抑制，構造出一個無Y電容的充電器模型.同時對開關電源電路、開關變壓器結構進行改進.改進對印刷電路板的布線來增強電路板在實際運用中的抗干擾能力.結果表明所建立的充電器模型在節能及穩定性等方面要優于傳統的手機充電器.關鍵詞：ABSTRACTThispassagemainlyanalyzesthebasicprinciplesofmobilephonecharger.Itresearchedtheexistingcharger,andfoundtheproblemsandcorrectsthem.CombinedtheproductionofelectromagneticinterferenceandthedamageitdoestothecircuittoconstructamodelofthechargerwithoutYcapacitortosuppressthecommon-modecurrentanddifferentialmodecurrents.Theotherpurposeofthisdesignisimprovetheswitching-power-supplycircuitandswitchtransformer.Atlast,Ihaveimprovedthecapabilityofenhancinginterruptionthroughanti-jamminginthepracticalusingcase.Theresultshowsthattheestablishedchargermodelisobviouslysuperiortothetraditionalmobilephonechargerintheaspectofenergyconservationandstability.Keywords:SwitchingPower;Mobilephonecharger;ElectromagneticInterference;Commonmodecurrent;Differentialmodecurrents目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要 IABSTRACT II目錄 Ⅲ1緒論 11.1選題背景及意義 11.2國內外對本課題的研究動態 11.2.1手機充電器的研究方向 11.2.2現有充電器存在的問題 11.3本論文主要完成的工作 22手機充電器的基本原理 32.1手機電池的選擇及充電要求 32.1.1鋰離子電池的特點 32.1.2鋰離子電池充電電路要求 32.2充電控制芯片 42.3充電電路的設計 62.3.1電源部分電路原理 62.3.2基于BQ2057充電芯片的工作電路 63基于RCC電路的開關變壓器的優化設計 83.1RCC電路工作原理 83.1.1電路的啟動 83.1.2開關晶體管處于ON狀態 93.1.3開關晶體管處于OFF狀態 93.2輸出電壓穩定的設計 93.3變壓器的設計方法 103.3.1初級繞組的求法 113.3.2其他線圈的求法 113.4開關晶體管的恒流驅動設計 123.5RCC電路的控制電路設計及參數設定 143.5.1電壓控制電路的設計 143.5.2驅動電路的設計 143.5.3次級電容、二極管的選定 143.5.4其他參數的選定 154EMI及無Y電容的優化設計 164.1EMI常識 164.2減小寄生的電感和電容值 164.3傳導干擾 174.4差模電流的產生及抑制 174.5共模電流的產生及抑制 184.6改進后的電路原理圖 195PCB布線中的抗干擾設計 215.1一般導線及焊盤布線 215.2電源線及地線設計 216結論 23參考文獻 24致謝 25PAGE11緒論手持通信設備（手機）日益普及，它已成為我們日常生活生產中不可或缺的工具，手機充電器市場的前景被業界廣泛看好。鋰離子電池各方面的優越性使其成為手機電池的首選。理想的充電器必須檢測鋰離子電池所有可能的故障模式，并有針對性地進行充電。在充電過程如果鋰離子電池的溫度超出設定的溫度范圍，則繼續給它充電是不安全的。目前，所有充電器必須具有跟蹤鋰離子電池電壓的變化、跟蹤充電電流的變化和跟蹤充電過程中鋰離子電池溫度的變化的功能。而在提高充電器效率和延長鋰離子電池使用壽命的同時，不能忽略潛在的安全問題，這使得需要更智能化的鋰離子電池充電器。1.1選題背景及意義目前，中國擁有超過6億的手機用戶市場，而且這個數字正在急劇增加。手機充電器不通用，不僅給手機用戶帶來使用上的不便，也增加消費成本；特別是手機逐漸成為時尚產品，更新速度不斷加快，這一問題更加突出，浪費了社會資源，威脅著生存環境。同時，隨著節能環保的社會發展趨勢，手機充電器的待機耗電量也將成為研究的重點內容。如果每個充電器每年節省一度電，這將是一個非常可觀的數字。1.2國內外對本課題的研究動態1.2.1手機充電器的研究方向隨著手機種類的日益增多，各種充電器因機型不同，電源端口的大小也不相同，從而不能互換使用，給消費者帶來了不便。標準型充電器，是指可以連接所有手機底端電源插座（端口）的充電器。而且，生產的手機的電源端口將統一為適用于標準充電器的規格。這樣，消費者將不必在每次換手機時同時購買新的充電器。手機充電器的待機耗電量的降低逐步成為充電器的設計過程中的一個重要環節。相比于以前的充電器，今后生產的產品將會在各項功能完善的同時進一步降低本身的待機耗電量。1.2.2現有充電器存在的問題目前，市場上手機充電器種類繁多，但其中也有很多質量低劣的不合格產品。在去年產品質量國家監督抽查結果中，將近40％的廠家生產的充電器不合格。其主要問題出現在:與交流電網電源的連接，電源端子騷擾電壓，輻射騷擾場強和充電電壓幾個方面。另外，一些產品的低溫性能、額定容量、放電性能、安全保護性能等方面存在質量問題。由于現在的手機電池多采用鋰離子電池，對充電器的電壓、電流特性及安全保護有很高的要求。一些充電器由于設計簡單，采用劣質材料，加工手段粗糙，對手機電池的性能和壽命有很大損害。這些質量問題會影響到手機的正常使用及使用壽命，嚴重時還可能傷害消費者。1.3本論文主要完成的工作通過2手機充電器的基本原理手機充電器其實都是由一個穩定電源（主要是穩壓電源、提供穩定工作電壓和足夠的電流）加上必要的恒流、限壓、限時等控制電路構成[10]。2.1手機電池的選擇及充電要求2.1.1鋰離子電池的特性二次電池能夠反復使用，符合經濟原則，這是其最大優點，自然人們最青睞二次電池。鋰離子電池是繼鎳氫電池后發展的新一代二次電池。它以其高的比能量，為鎳氫電池的1..5倍和鉛酸電池的3倍，放電曲線平穩，自放電率低，循環壽命長，無記憶效應和不污染環境等特點，已成為手機電池的首選。表2-1為鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池特性的比較。表2-1鉛酸、鎳鎘、鎳氫、鋰離子電池特性的比較電池類型工作電壓（V）質量比能量（Wh/kg）體積比能量（Wh/L）循環次數記憶效應自放電率（%/月）鉛酸2.0——400-600無3鎳鎘1.250150400-500有25鎳氫1.260-80240-300>500無20鋰離子3.6120-140300>1000無102.1.2鋰離子電池充電電路要求鋰離子電池在充電過程中，電池的電壓和電流都會隨充電時間而變化。當電池電壓小于2.5V時，則用小電流（約1/10C的電流）充電；當電池電壓大于2.5V且小于4.2V時，則以恒流充電方式充電，電池電壓以較高的斜率增長，在充電過程中斜率逐步降低，充到接近4.2V時，恒流充電結束；接著以4.2V恒壓充電，在恒壓充電時，電壓幾乎不變，充電電流不斷下降，當充電電流降到1/10C時，表示電池以充滿，終止充電[11]。為了滿足鋰離子電池的充電要求，性能良好的鋰離子電池充電器由下述幾部分組成：電源電路包括恒流源（其精度一般為5%左右）及恒壓源（其精度一般為0.75%）電流限制電路（可外設一個電流檢測電阻來設定電流限制值）電池電壓檢測電路電池溫度檢測電路充電器指示電路（一般用LED來指示）安全定時器電路基準電壓源（高精度）、多個電壓比較器及邏輯控制電路、關閉控制路等。2.2充電控制芯片充電控制芯片是特為化學電池設計的理想產品，它們使電池的三項關鍵指標達到最大：容量、壽命和安全性。BQ2057是美國Tl公司生產的先進的鋰離子電池充電芯片，可滿足單節(4.1V或4.2V)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池的充電需要，同時根據不同的應用場合提供了MSOP、TSSOP和SOIC等封裝形式供選擇。利用BQ2057設計的充電器外圍電路簡單，非常適合便攜式電子產品的緊湊設計需要。BQ2057可以動態補償鋰電池組的內阻以減少充電時間，帶有可選的電池溫度監測，利用電池組溫度傳感器連續檢測電池溫度，當電池溫度超出設定范圍時BQ2057關閉對電池充電。內部集成的恒壓恒流器帶有高/低邊電流感測和可編程充電電流，充電狀態識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現，具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗睡眠等特性[1]。針對手機充電器的需求及BQ2057充電芯片的特性，本課題選擇BQ2057芯片。BQ2057的引腳功能描述如下：VCC(引腳1):工作電源輸入；TS(引腳2):溫度感測輸入，用于檢測電池組的溫度；STAT(引腳3):充電狀態輸出，包括充電中、充電完成和溫度故障三個狀態；VSS(引腳4):工作電源地輸入；CC(引腳5):充電控制輸出；COMP(引腳6):充電速率補償輸入；SNS(引腳7):充電電流感測輸入；BAT(引腳8):鋰電池電壓輸入；BQ2057芯片的充電流程圖及典型充電特性曲線如圖2-1和圖2-2。圖2-1BQ2057充電流程圖圖2-2BQ2057典型充電特性曲線BQ2057芯片在充電時，主要有以下幾個階段。一、預充階段，BQ2057首先檢查工作電壓VCC，當工作電壓過低時充電器進入睡眠模式，若工作電壓正常，則檢查電池溫度是否在設定范圍，若不正常則進入溫度故障模式，否則檢測電池電壓VBAT，當電池電壓VBAT低于低壓門限V(min)時，BQ2057以恒流IREG10％的電流IPRE對電池預充電。二、恒流充電，在完成對電池預充或電池電壓VBAT低于恒壓VREG時，BQ2057進入恒流充電狀態，此時由外部的感測電阻RSNS上的壓降監控充電電流，該電阻可采取高/低邊的連接方式，在高邊電流檢測中RSNS接在VCC和SNS引腳間，在低邊電流檢測中RSNS接在VSS和SNS引腳間，如圖2－4所示，通過SNS引腳獲得充電電流的反饋，感測電阻由公式（1）計算，其中IREG為預期的充電電流，VSNS可在BQ2057的電特性表中查得。(2-1)三、恒壓充電，當充電電壓達到恒壓VREG時進入恒壓充電狀態。在整個工作溫度和工作電壓范圍內，恒壓精度高于±1%，BQ2057通過VBAT和VSS引腳監測電池組電壓，當電流達到終止門限I(TERM)時停止充電，當電池電壓低于重新充電門限電壓V(RCH)時自動開始重新充電。BQ2057除了能實現標準的4.1V、4.2V、8.2V和8.4V電壓充電外，還可以通過分壓實現對非標準電壓充電，其方法是用分壓電阻實現電池分壓值作為BAT引腳的輸入。四、電池溫度監測，BQ2057通過測量TS與VSS引腳間的電壓實現對電池組溫度的連續監測，常用熱敏電阻作為溫度傳感器，并通過分壓電阻實現。分壓電阻的阻值可根據參數計算。BQ2057將該電壓與內部的V(TS1)和V(TS2)門限電壓比較以決定是否允許充電。由于外部分壓及內部門限電壓均以VCC為參考，保證了溫度檢測電路不受工作電源VCC的波動影響。當把TS引腳連到VCC或VSS時，可以禁止BQ2057的充電功能。五、充電狀態指示，BQ2057通過三態引腳STAT報告當前的充電狀態：充電狀態高電平、充電完成低電平、溫度故障或睡眠狀態高阻態。當將STAT引腳與單LED或雙LED反接方式連接時，可實現充電狀態的LED指示，也可以將STAT口與儀器微控制器接口，微控制器通過識別STAT口的三種狀態實現儀器的智能管理。2.3充電電路的設計2.3.1電源部分電路原理220V交流市電經濾波器濾波后，為開關電源提供高壓脈動直流電。開關變壓器次級產生的高頻交流電壓經半波整流及濾波后產生5V的直流電壓，為充電芯片提供充電電源和工作電源[9]。電壓變化流程如圖2-3所示。圖2-3電壓變換流程圖2.3.2基于BQ2057充電芯片的工作電路利用BQ2057設計的充電器的外圍電路簡單，可廣泛應用于目前的采用鋰離子電池供電的便攜式電子設備的電源管理系統，對于便攜式電子產品的緊湊設計很有意義[2]。采用BQ2057設計的鋰離子電池充電電路可實現對鋰離子電池的充電，充電器的工作電源DC+根據充電鋰離子電池的電壓選擇推薦工作電壓為+5V，鋰離子電池的正端電壓PACK+接BAT腳，檢測鋰離子電池的熱敏電阻NTC通過分壓電阻后的分壓值輸入至TS腳，以此判斷鋰離子電池溫度是否正常。采用BQ2057充電控制芯片的充電電路如圖2-4所示。圖2-4充電控制芯片的充電電路圖3基于RCC電路的開關變壓器的優化設計反激式自激變換器就是我們通常所指的RCC（RingingChokeConverter）電路[2]，變壓器（儲能電感）的工作模式處于臨界連續狀態，可以方便的實現電流型控制，在結構上是單極點系統，容易得到快速穩定的響應，廣泛應用于50W以下的開關電源中。RCC電流的優勢也比較突出。首先是電路結構簡單，只需要少數分離原件就可以得到需專用芯片才能實現的電壓輸出性能，通過良好的設計就可以獲得高效和可靠的工作。其次，許多與驅動有關的困難（驅動波形、變壓器飽和等）在自激變換器中得到很好的解決。而且，由于總是工作于完全能量傳遞模式，副邊整流二極管正向導通電流到零，反向恢復電流和損耗很小，產生的振鈴相對于不完全能量傳遞模式也要小很多，因此輸出的高頻雜音也要小很多。另外，原邊主管開通始終是零電流，因此效率較高。3.1RCC電路工作原理圖3-1RCC工作基本原理圖圖3-1給出實際應用最多的RCC方式的基本電路圖。下面說明實際應用中RCC電路的工作過程[5]。3.1.1電路的啟動接通輸入電源后，電流通過電阻流向開關晶體管的基極，導通，稱為起動電流。在RCC方式中，晶體管的集電極必然由零開始逐漸增加。因此應盡量小一點。此時變壓器的次級繞組處于短路狀態，從輸入一側看來，電流全部流進線圈，電阻稱為起動電阻。3.1.2開關晶體管處于ON狀態一旦進入ON狀態，輸入電壓將加在變壓器的初級繞組上。由在數比可知，基極線圈上產生的電壓為(3-1)該電壓與導通極性相同，因此將維持的導通狀態，此時基極電流是連續的穩定電流。設晶體管的基極—發射極間的電壓,二極管的正向電壓為,的集電極電流為一次單調增函數，經過某一斷時間后達到，集電極電流與直流電流放大倍數之間將呈現如下關系：(3-2)即在上述公式成立的條件下才能維持ON狀態。在基極電流不足的區域，集電極電壓由飽和區域向不飽和區域的轉移。于是，線圈的電壓下降，導致線圈的感應電壓也隨之降低，基極電流進一步減小。因此的基極電流不足狀態不斷加深，迅速轉至OFF狀態。3.1.3開關晶體管處于OFF狀態如果晶體管處于OFF狀態，變壓器各個繞組將產生反向電動勢，次級繞組使導通，電流流過負載，經過某一時間后，變壓器能量釋放完畢，電流變為0.但是，此時繞組上還有極少量殘留的能量，這部分能量再一次返回，使基極繞組產生電壓，再次ON，晶體管繼續重復前面的開關動作。3.2輸出電壓穩定的設計RCC方式的穩壓器是通過反向電動勢使次級的二極管導通向負載提供功率的。因此，單位時間內變壓器存儲的能量與輸出功率相等，設變壓器初級電感為,有(3-3)因此，欲使輸出電壓穩定，頻率最好隨晶體管的ON時間變化而變化。圖3-2所示，要使晶體管OFF，對于集電極電流而言，只要基極電流不足即可，既然如此，那么只要阻止來自變壓器的驅動電流流過的基極，讓它從旁路流過即可。這就是連接穩壓二極管的目的。圖3-2RCC方式穩壓原理圖的陽極與電容器的陰極相連。在OFF期間，線圈通過導通的為充電，的電壓變為負電壓，的電壓為：(3-4)于是齊納二極管導通，驅動電流從它所形成的旁路流過，進而使OFF。經過一段時間后，由于輸出電壓上升，那么圖1.1中的端電壓也隨輸出電壓成正比上升。即在的OFF期間內，變壓器存儲的能量向負載釋放，即使存在負電源，的充電電流和次級電流也會同時流動。此間線圈和線圈的電壓值分別與匝數比成正比,即(3-5)式中、分別為、的正向電壓降。反之也可改變使隨之改變。假設的端電壓上升，那么與陰極相連的齊納二極管導通，于是的流過旁路，基極中沒有電流。因此，此時OFF。從電壓之間的關系來分析，的齊納電壓為：(3-6)因此由與即可確定輸出電壓。即輸出電壓為(3-7)若忽略、和，則與成正比，且輸出電壓的精度由電壓的精度確定。3.3變壓器的設計方法開關穩壓器中，變壓器的設計是要點之一，它的所有動作與特性幾乎都取決于變壓器的設計。特別是對于RCC電路，甚至連振蕩頻率都是由變壓器決定的。3.3.1初級繞組的求法首先，求初級繞組的匝數。在RCC方式中，因為磁通在磁芯B-H曲線的上下半區都有變化，因此匝數的計算公式如下：(3-8)式中為線圈的外加電壓；為磁芯的磁通密度；為磁芯的有效截面積。磁芯通常采用鐵氧體材料，但是其最大磁通密度受溫度影響而發生變化。因此，必須根據實際工作條件，從特征表中求得。下面計算電感值，并按最低輸入電壓的占空比D來計算。如圖3-3所示，為三角波，設功率裝換效率為、輸出功率為、輸入電壓最小值為初級電流的平均值為，則初級電流的最大值為(3-9)圖3-3變壓器中線圈的電流波形求得初級繞組所必須電感為：(3-10)3.3.2其他線圈的求法次級電流的峰值與輸出電流的關系為：(3-11)那么次級繞組的電感為：(3-12)(3-13)式中Ns為次級繞組匝數，為次級整流二極管的正向壓降。然后來求基極繞組的匝數.由的條件有：(3-14)由上述格式確定繞組匝數，但由于輸出側存在導線電壓降，因此，實際上個繞組的匝數應該比計算結果稍多一些[8]。3.4開關晶體管的恒流驅動設計在RCC方式中，提供開關晶體管基極電流的驅動電路的損耗是非常大的。即使在最低輸入電壓條件下，驅動電流的大小也必須足以驅動開關晶體管處于ON狀態。同時變壓器繞組的電壓的增加與輸入電壓成正比，上升，驅動電流也隨之上升，而基極電阻損耗的增加與的平方成正比。另一方面，驅動電流增加，必然會使穩壓電路之路的電流增加。有時會引起間歇振蕩。因而將引起變壓器等產生異常的噪音。如果能找到一種恒流驅動方式，即雖然輸入電壓發生變化，但驅動電流不改變，那么上述問題就會迎刃而解[5]，而且這里對具有恒流特性的精度要求并不高，采用圖3-4所示的電路就足夠了。圖3-4基極恒流驅動該電路即便在輸入電壓發生變化，流過的電流也是恒定的。這樣不僅尅大幅度減小的損耗，而且可以防止間歇振蕩。從而提高電路的輸入范圍，提高電路帶載能力。如上圖所示，一旦輸入電壓大于穩壓二極管的擊穿電壓，那么晶體管的基極電壓就會被鉗制在（），從而流過晶體管基極電流就會被固定[6]。當輸入電壓最低時仍能保證能被擊穿，即輸入電壓為150V時能擊穿，故有(3-15)從而可以求得(3-16)實際取4.7V，與穩壓二極管串聯的電阻取為100。改進后的RCC電路，輸入可在AC150～250V之間變化，且不會出現間歇振蕩現象。從電路波形圖可以看出，即使輸入為AC250V，控制電路中晶體管的基極電壓最大也只有4.75V，而如果沒有加入恒流源，則晶體管基極驅動電壓最大可以達到(3-17)因此加入恒流驅動后可以有效的降低了基極驅動電路，從而當晶體管截止時從穩壓二極管流過的電流將會大幅地降低，因此抑制消除了間歇振蕩現象。采用該方法后，即使輸入電壓在AC100～200V間連續變化，電路也能正常工作。但實際上，即使采用上述方法，當輸入近似為空載狀態，仍會引起間歇振蕩。此時，如圖3-5所示，應該在直流輸出端連接一個泄放電阻，不過此時的功率全部為無用功率[7]，因此應該把電流值調整到剛剛不引起間歇振蕩的大小。圖3-5泄放電阻的效果3.5RCC電路的控制電路設計及參數設定3.5.1電壓控制電路的設計首先，當處于OFF時，線圈的電壓為(3-18)作為電壓控制用的齊納二極管兩端的電壓為：(3-19)由于變壓器本身也有壓降，因此實際應用的電壓值稍高一些的二極管。3.5.2驅動電路設計由變為時，因變壓器漏感磁通影響，而由一次側自二次則傳輸的能量產生[9]。近似利用公式為：(3-20)求得為50V。是由一次電路的電感成分所生成的浪涌電壓。故集電極電壓最高值為：V(3-21)因此本例中采用高速、高壓開關電流用晶體管smbta06。設時，考慮一定的余裕，取10，必須的基極電流約為6.74mA。于是基極電阻為：(3-22)3.5.3次級電容、二極管的選定二極管關斷時反向電壓值為(3-23)輸出電容選擇：電容器內所導通的紋波電流[3]其有效值為(3-24)當輸入電壓為最低而輸出電流最大時，文波電流最大。此時紋波電流為(3-25)3.5.4其他參數的選定初級繞組的RC緩沖電路中，根據經驗取R=20k，而RC放電常數應該小于關斷時間的十分之一。因此有(3-26)則求得電容C為(3-27)起動電阻的選擇與起動電流有關，而起動電流最低有0.25mA就足夠了。因此起動電阻為(3-28)基極電阻與變壓器線圈之間連接的電容器的目的是加速的基極電流，改善電流的起動特性。該電路中，采用0.0047u的薄膜電容器。4EMI及無Y電容的優化設計在開關電源中，功率器件高頻導通/關斷的操作導致的電流和電壓的快速變化而產生較高的電壓及電流尖峰是產生EMI的主要原因。加緩沖吸收電路有利于降低EMI，但會產生過多的功耗，增加元件數量、PCB尺寸及系統成本。通常情況下，系統前端要加濾除器和Y電容[6]，Y電容的存在會使輸入和輸出線間產生漏電流，具有Y電容的金屬殼手機充電器會讓使用者有觸電的危險，因此，一些手機制造商開始采用無Y電容的充電器，然而，去除Y電容會給EMI的設計帶來困難，下面將介紹無Y電容的充電器變壓器補償設計方法。4.1EMI常識在開關電源中，功率器件高頻開通關斷的操作導致電流和電壓的快速的變化是產生EMI的主要原因。在電路中的電感及寄生電感中快速的電流變化產生磁場從而產生較高的電壓尖峰：(4-1)在電路中的電容及寄生電容中快速的電壓變化產生電場從而產生較高的電流尖峰：(4-2)磁場和電場的噪聲與變化的電壓和電流及耦合通道如寄生的電感和電容直接相關。直觀的理解，減小電壓變化率和電流變化率及減小相應的雜散電感和電容值可以減小由于上述磁場和電場產生的噪聲，從而減小EMI干擾。減小電壓變化率和電流變化率可以通過以下的方法來實現：改變柵極的電阻值和增加緩沖吸引電路，增加柵極的電阻值可以降低開通時功率器件的電壓變化率[14]。4.2減小寄生的電感和電容值開關器件是噪聲源之一，其內部引線的雜散電感及寄生電容也是噪聲耦合的通道，但是由于這些參數是器件固有的特性，電子設計和應用工程師無法對它們進行優化。變壓器是另外一個噪聲源，而初級次級的漏感及初級的層間電容、次級的層間電容、初級和次級之間的耦合電容則是噪聲的通道。初級或次級的層間電容可以通過減小繞組的層數來降低，增大變壓器骨架窗口的寬度可在減小繞組的層數。分離的繞組如初級采用三明治繞法可以減小初級的漏感，但由于增大了初級和次級的接觸面積，因而增大了初級和次級的耦合電容。采用銅皮的Faraday屏蔽可減小初級與次級間的耦合電容。Faraday屏蔽層繞在初級與次級之間，并且要接到初級或次級的靜點如初級地和次級地。Faraday屏蔽層使初級和次級的耦合系數降低，從而增加了漏感。4.3傳導干擾傳導干擾指在輸入和輸出線上流過的干擾噪聲，傳導干擾來源于差模電流噪聲和共模電流噪聲，這兩種類型的噪聲干擾見圖4-1所示。Y電容直接和傳導干擾相關。

圖4-1差模電流和共模電流差模電流（DM）在兩根輸入電源線間反方向流動，兩者相互構成電流回路，即一根作為差模電流的源線，一根作為差模電流的回線。共模電流(CM)在兩根輸入電源線上同方向流動，它們分別與大地構成電流回路，即同時作為共模電流的源線或回線[15]。4.4差模電流的產生及抑制差模電流噪聲主要由功率開關器件的高頻開關電流產生。

一、在功率器件開通瞬間存在電流的尖峰，開通電流尖峰不能通過輸入濾波的直流電解電容旁路，因為輸入濾波的直流電解電容有等效的串聯電感ESL和電阻ESR，這樣就產生的差模電流在電源的兩根輸入線間流動。二、在功率器件關斷瞬間，MOSFET漏源極電容的充電，變壓器初級繞組的層間電容放電，這兩部分電流也會形成差模電流。同樣，基于電壓的變化方向，初級繞組層間電容中的電流流動方向向上，累積形成的差模電流值大。三、功率開關工作于開關狀態，開關電流（開關頻率）的高次諧波也會因為輸入濾波的直流電解電容的ESL和ESR形成差模電流。

差模電流可以通過差模濾波器濾除，差模濾波器為由電感和電容組成的二階低通濾波器。從PCB設計而言，盡量減小高的di/dt的環路并采用寬的布線有利于減小差模干擾。由于濾波器的電感有雜散的電容，對于高頻的干擾噪聲可以由雜散電容旁路，使濾波器不能起到有效的作用。用幾個電解電容并聯可以減小ESL和ESR，在小功率的充電器中由于成本的壓力不會用X電容，因此在交流整流后要加一級LC濾波器。

4.5共模電流的產生及抑制共模電流在輸入及輸出線與大地間流動，其產生主要是功率器件高頻工作時產生的電壓的瞬態的變化。共模電流的產生原因有很多，初級繞組和次級繞組間的電容（Cs）及磁芯和大地間的電容（Cme）產生的共模電流占主導作用。減小漏極電壓的變化幅值及變化率可減小共模電流，如降低反射電壓，加大漏源極電容，但這樣會使MOSFET承受大的電流應力，其溫度將增加，同時加大漏源極電容產生更大的磁場發射。圖4-2Y電容作用如果系統加了Y電容，由圖4-2所示,通過Cs的大部分的共模電流被Y電容旁路，返回到初級的地，因為Y電容的值大于輸出線到大地間的電容（Coe）。Y電容必須直接并用盡量短的直線連接到初級和次級的冷點。作為一個規則，如果開通時的dv/dt大于關斷時的值，Y電容連接到初級的地。反之連接到Vin。去除Y電容無法有效的旁路共模電流，導致共模電流噪聲過大，無法通過測試標準，設計的方法是改進變壓器的結構。一般的屏蔽方法不能使設備在無Y電容的情況下通過EMI的測試。由于三極管極端的電壓變化幅值大，主要針對這個部位進行設計。前面提到Cm和Cme及Cme和Ca也會產生共模電流，初級層間電容的電流一部分形成差模電流，有一部分也會形成共模電流，這也表明差模和共模電流可以相互的轉換。

在沒有Y電容時，基于電壓改變的方向可以得到初級繞組與次級繞組及輔助繞組和次級繞組層間電容的電流的流動方向，初級繞組和輔助繞組的電流都流入次級繞組中。調整冷點后，初級繞組與次級繞組及輔助繞組和次級繞組層間電容的電流的流動方向相同，可以相互抵消一部分流入次級繞組的共模電流，從而減小總體的共模電流大小。輔助繞組和次級繞組的整流二極管放置在下端，從而改變電壓變化的方向，同時注意冷點要盡量的靠近，這樣因為兩者間沒有電壓的變化，所以不會產生共模電流。

如果在內層及初級繞組和次級繞組間放置銅皮，銅皮的寬度小于或等于初級繞組的寬度，銅皮的中點由導線引線到冷點，如圖4-3所示，由于銅皮為冷點，與其接觸的繞組和銅皮間電壓的擺率降低，從而減小共模電流，同時將共模電流由銅皮旁路引入到冷點。注意銅皮的搭接處不能短路，用絕緣膠帶隔開，內外層銅皮的方向要一致。圖4-3銅皮的補償輔助繞組和次級繞組的共模電流可以由以下方法補償：一、加輔助屏蔽繞組，輔助屏蔽繞組繞制方向與次級繞組繞制方向保持一致，輔助屏蔽繞組與次級繞組的同名端連接到一起并連接到冷點，輔助屏蔽繞組的另一端浮空。由于它們的電壓變化的方向相同，所以兩者間沒有電流流動。

二、加外層的輔助屏蔽銅皮，輔助屏蔽銅皮的中點連接到到輔助繞組的中點。同樣，基于電壓的變化方向分析電流的流動方向，可以看到，兩者之間的電流形成環流，相互補償抵消，從而降低共模電流。4.6改進后的電路原理圖通過對手機充電器電路的開關電源及電磁干擾等方面的優化，使其在抗干擾及對電池的保護方面有了一定改進。圖4-4為改進后的電路原理圖。圖4-4電路原理圖5PCB布線中的抗干擾設計隨著電子技術的飛速發展，PCB的密度越來越高，電子系統的工作頻率也越來越高。當我們使用PROTEL軟件制板時，盡管制定了相關的涉及規則及約束條件，在進行自動布局和自動布線時，仍然出現印刷電路板設計不當，并對系統的可靠性產生不良影響。因此，要使電子系統獲得最佳性能，在使用PROTEL軟件制板時，必須采用手動和自動相結合的方法。5.1一般導線及焊盤布線印刷板導線的最小寬度主要由導線與絕緣基板的粘附強度和流過它們的電流值決定。當銅箔厚度為0.5mm、寬度為1mm～15mm時，通過2A的電流,溫升不會高于3℃。因此，導線寬度為1.5mm可滿足要求。對于集成電路，尤其是數字電路，通常選0.02mm～0.3mm導線寬度。當然,只要允許,還是盡可能用寬線,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。對于集成電路，尤其是數字電路，只要工藝允許，可使間距小于0.1mm～0.2mm。印刷導線拐彎處一般取圓弧,而直角或夾角在高頻電路中會影響電氣性能。此外，盡量避免使用大面積銅箔，否則，長時間受熱時，易發生銅箔膨脹和脫落現象。必須用大面積銅箔時，最好用柵格狀，這樣有利于排除銅箔與基板間粘合劑受熱產生的揮發性氣體。焊盤中心也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一般不小于(d+1.2)mm，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。5.2電源線及地線設計根據印刷線路板電流的大小，盡量加粗電源線寬度，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，這樣有助于增強抗噪聲能力。在小信號電路與大電流電路做在一起的電路中，必須將GND明顯地區分開來。布線方法為將小信號GND與大電流的GND進行分離，通常使用兩根引線的GND。使大電流不在布線電阻上流動，從而不產生干擾，如像功率放大級和負載那樣，將大電流流動的部分由電源直接進行布線。還有，將小信號部分進行匯總，也直接由電源進行布線。如果這樣做，小信號線與大電流線完全分離，再將匯總的小信號GND與功率放大級的GND相連接。當電路簡單時，可將電源所供給的電路匯總成一個。但是當電路變得復雜時，就要分成幾個基板(模塊)，電源的數目仍為1個。就其布線方法來看，若各基板電源及地線擁有公共布線電阻，任何一個基板上的電流發生變動，都影響到其他的基板。與此相反，若將其各個基板電源GND的布線分別由電源引出。這樣，各自都有布線電阻，即使因電流變化而產生電壓降，它僅停留在該基板上，而不會對其他基板產生影響。正確選擇單點接地與多點接地。在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應采用一點接地的方式。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工作頻率在1MHz～10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1/20，否則應采用多點接地法。數字地與模擬地分開。電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。低頻電路的地應盡量采用單點并聯接地，實際布線有困難時可部分串聯后再并聯接地；高頻電路宜采用多點串聯接地，地線應短而粗。高頻元件周圍盡量用柵格狀大面積地箔，要盡量加大線性電路的接地面積。接地線應盡量加粗。若接地線用很細的線條,則接地電位會隨電流的變化而變化,致使電子產品的定時信號電平不穩，抗噪聲性能降低。因此應將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印刷電路板的允許電流。如有可能,接地線的寬度應大于3mm。接地線構成閉環路。設