Монтаж источников питания должен быть выполнен в соответствии с частотой преобразования энергии. Так, монтаж линейных источников питания разительно отличается от монтажа высокочастотных импульсных источников питания. Если частота преобразования лежит выше звуковой, то несоблюдение требований к монтажу может привести к печальным последствиям в виде неустойчивой работы источника питания, вплоть до полной неработоспособности.
В зависимости от величины токов, протекающих по цепям, необходимо выбрать сечение монтажного провода, а также ширину дорожек печатной платы. Сила потребляемых токов некоторыми устройствами (например, цифровыми многопроцессорными системами обработки радиосигналов) может достигать сотен ампер при постоянных напряжениях в несколько вольт. На слишком тонком проводе может падать повышенное напряжение, что снизит КПД устройства и приведет к существенному образованию наводок, которые могут улавливаться чувствительными сигнальными цепями, в результате чего работа импульсного источника питания может быть нарушена.
Помехи распространяются от их источника как через поле в окружающее пространство, так и через электрические цепи. Для борьбы с помехами, распространяющимися через эфир, используют заземленные электромагнитные оплетки, соединенные с общим проводом экраны Фарадея; скручивают пары проводов, по которым текут противоположно направленные и равные по величине токи с целью частичной взаимной компенсации излучений.
Помехи, распространяющиеся через общий провод, называют симметричными ou дифференциальными, а помехи, проходящие через шины питания вне общего провода, — синфазными. Каждый из этих двух видов помех должен, если это требуется, подавляться соответствующим фильтром. В частности, для уменьшения синфазных помех на входе устройства между фазным проводом и заземленным устанавливают Y-конденсаторы, а для снижения дифференциальных помех используют Х-конденсаторы, которые включают между фазными проводами. Данные конденсаторы должны обладать низкими показателями ESL и ESR. Кроме того, Х-конденсатор должен выдерживать напряжение питающей сети и испытательное напряжение в 2,5 кВ, а Y-конденсатор, исходя из соображений техники безопасности, должен быть рассчитан на испытательное импульсное напряжение не менее 5 кВ, поскольку его пробой может привести к поражению электрическим током. Например, Y-конденсатор может быть керамическим дисковой формы, а X- конденсатор — пленочным.
Для лучшего подавления помех, кроме конденсаторов, в фильтрах используют дроссели, а сами фильтры могут состоять из двух каскадов. Дроссель синфазных помех обычно выполняют двухобмоточным, причем фазировка обмоток должна быть такова, чтобы направление токов, текущих через обмотки, было противоположным. Обмотки желательно уложить на магнитопровод одновременно в два провода, а число витков обеих обмоток должно быть одинаковым.
Наведенные в магнитопроводе дросселя ЭДС обмоток одинаковы по величине и направлены встречно друг другу, благодаря чему синфазные помехи взаимно компенсируются. Такой дроссель синфазных помех еще называют симметрирующим. Для подавления дифференциальных помех используют один или два однообмоточных дросселя, включенных последовательно с фазным проводом. В качестве материалов магнитопроводов рассмотренных дросселей обычно используют порошковое железо, альсиферы, пресспермы или ферриты. Петля гистерезиса магнитопроводов дросселей не должна заходить в область насыщения, для чего в их магнитные системы при необходимости следует ввести немагнитные зазоры.
Паразитную емкость между ключевым транзистором и охладителем можно снизить, поместив между ними экран-фольгу, электрически соединенную с общим проводом и изолированную с обеих сторон от транзистора и охладителя слюдяными или керамическими прокладками. Чувствительные цепи и компоненты следует размещать как можно дальше от источников излучений. Дорожки печатной платы, по которым протекают большие импульсные токи, должны быть как можно короче и шире, поскольку дорожки такой конфигурации обладают минимальной паразитной индуктивностью.
При разводке печатной платы следует оставить как можно больше фольги, соединенной с общим проводом. Если плата двусторонняя, то фольгу желательно одной из сторон использовать в качестве экрана, электрически соединив ее с общим проводом.
Если транзисторы необходимо закрепить на охладителе, расположенном отдельно от платы, то пару проводов от коллектора и эмиттера или стока и истока следует скрутить между собой.
Монтажные провода и выводы компонентов должны быть по возможности минимальной длины. Следует избегать появления паразитных контуров, образованных дорожками и компонентами, по которым будут течь токи, и которые не были учтены при трассировке печатной платы, поскольку замкнутые паразитные контуры являются источниками электромагнитных излучений.
Если силовой импульсный трансформатор имеет Ш-образный магнитопровод, то для снижения поля рассеяния все три его керна целесообразно охватить снаружи витком из широкой и тонкой медной ленты, конец и начало которой необходимо спаять между собой для образования короткозамкнутого витка.
Электролитические алюминиевые конденсаторы с повышенными паразитной индуктивностью и паразитным сопротивлением, через которые протекают импульсные токи большой величины, следует шунтировать высокочастотными керамическими конденсаторами. Например, шунтировать следует электролитический алюминиевый конденсатор, входящий в первое звено фильтра выпрямителя импульсного напряжения, от которого получает энергию нагрузка. Электролитический алюминиевый конденсатор фильтра выпрямленного сетевого напряжения, от которого потребляет импульсный ток высокочастотный преобразователь, также следует шунтировать керамическим, полимерным или, что хуже, пленочным конденсатором с низкими показателями ESL и ESR.
Спектр наводок, генерируемых импульсным источником питания, тесно связан со скоростью нарастания напряжения во время работы в ключевом режиме компонентов. Этими компонентами могут быть, например, ключевые транзисторы и диоды выходного выпрямителя импульсного напряжения. Для снижения излучаемых наводок уменьшают скорость нарастания напряжения на ключевых транзисторах, для чего электроды сток-исток шунтируют RC-цепочками. Следует отметить, что образующие RC-цепь резистор и конденсатор должны обладать низкими паразитными индуктивностями.
Скорость нарастания напряжения на ключевых транзисторах зависит от их типа и марки. Например, высоковольтные ключи на MOSFET способны переключаться быстрее ключей на высоковольтных биполярных транзисторах. Следовательно, при отсутствии демпфирования и использовании MOSFET величина и спектр излучаемых помех будет больше и богаче. Для сужения спектра излучаемых полей можно использовать не ШИМ- или ЧИМ-преобразователь, а квазирезонансный или резонансный преобразователь, предпочтительно с переключением при нуле напряжения.
При использовании в выходном импульсном выпрямителе диодов, в которых велика скорость рекомбинации носителей заряда, в окружающее пространство будут излучаться высокочастотные помехи. Для их ослабления параллельно каждому диоду включают RC-цепочку или надевают на любой из выводов каждого диода маленькое ферритовое колечко, которое обладает индуктивностью, препятствующей быстрому изменению величины тока через диод.
Диоды сетевых выпрямителей для снижения помех иногда шунтируют керамическими конденсаторами емкостью 1…22 нФ, а RC-цепи допустимо не использовать в случае применения диодов, изготовленных по технологии FRED (обладают длительным периодом обратного восстановления, в течение которого происходит плавная рекомбинация носителей заряда).
При монтаже MOSFET и IGBT необходимо не допускать воздействия на них статического электричества, для чего монтажник должен воспользоваться заземляющим браслетом, паяльником с заземленным корпусом и антистатической одеждой.
Источники питания могут быть предназначены для эксплуатации в широком диапазоне климатических и механических воздействий. Например, на источник питания могут оказывать воздействие удары, вибрации, атмосферные осадки, перепады температур. Кроме того, изоляция проводов и корпуса некоторых компонентов могут стать объектом питания грибков и микроорганизмов, что особенно актуально в корабельной аппаратуре, эксплуатирующейся в тропических районах. Под влиянием дестабилизирующих факторов режимы работы компонентов могут измениться, а предельные режимы эксплуатации некоторых компонентов выйдут из регламентированных пределов. Все вредные воздействия должны быть отражены в требованиях технического задания и учтены разработчиком источника питания.
