Che cos'è l'apparecchiatura di prova EMC

Una sfida di progettazione chiave nella progettazione di un power bank è il superamento dei test EMI. Gli ingegneri elettronici spesso si preoccupano di non riuscire a superare i test EMI. Se il test EMI del circuito fallisce molte volte, sarà un incubo. Dovrai lavorare XNUMX ore su XNUMX nel laboratorio EMI per risolvere i problemi ed evitare ritardi nell'implementazione dei prodotti. Per i prodotti di consumo come i power bank, il ciclo di progettazione è breve e le restrizioni alla certificazione EMI sono rigide, quindi si desidera aggiungere abbastanza filtri EMI per superare il test EMI senza problemi, ma non si vuole aumentare lo spazio e aggiungere troppo costo per il circuito. Sembra difficile destreggiarsi tra entrambi.

Il progetto di riferimento del convertitore boost EMI a bassa radiazione di TI (PMP9778) fornisce tale soluzione. Può supportare una tensione di ingresso di 2.7 – 4.4 V, una potenza di uscita di 5 V/3 A, 9 V/2 A e 12 V/1.5 A ed è adatto solo per applicazioni power bank. Con l'ottimizzazione del posizionamento e del layout, questo design TI raggiunge 6 dB di headroom in più rispetto al modello precedente EN55022 e test irradiati CISPR22 Classe B. Diamo un'occhiata al processo di progettazione.

Identificare i percorsi critici della corrente
L'EMI inizia con un'elevata velocità istantanea di variazione della corrente (di/dt) ciclica. Pertanto, dovremmo distinguere i percorsi critici ad alto di/dt all'inizio del progetto. Per raggiungere questi obiettivi, è importante comprendere i percorsi di conduzione della corrente e il flusso del segnale negli alimentatori a commutazione.

La figura 1 mostra la topologia del convertitore boost e i percorsi critici della corrente. Quando S2 è chiuso e S1 è aperto, la corrente alternata scorre attraverso il circuito blu. Quando S1 è chiuso e S2 è aperto, la corrente alternata scorre attraverso il circuito verde. Pertanto, la corrente scorre attraverso il condensatore di ingresso Cin e l'induttore L è una corrente continua, mentre la corrente scorre attraverso S2, S1 e il condensatore di uscita Cout è una corrente pulsante (anello rosso). Pertanto, definiamo il circuito rosso come il percorso critico della corrente. Questo percorso ha la più alta energia EMI. Durante il posizionamento, dovremmo ridurre al minimo l'area racchiusa da esso.

Ridurre al minimo l'area del loop per percorsi di/dt elevati
La Figura 2 mostra la configurazione dei pin del TPS61088. La Figura 3 mostra un layout di esempio dei percorsi di corrente critici per il TPS61088. Il pin NC indica che non c'è connessione all'interno del dispositivo. Pertanto, possono essere collegati a PGND. Elettricamente, il collegamento dei due pin NC al piano di massa PGND facilita la dissipazione del calore e riduce l'impedenza del percorso di ritorno. Dal punto di vista EMI, il collegamento dei due pin NC al piano di massa PGND avvicina i piani VOUT e PGND del TPS61088 l'uno all'altro. Ciò semplifica il posizionamento dei condensatori di uscita. Come si può vedere dalla Figura 3, posizionando un condensatore ceramico ad alta frequenza 0603 1-UF (o 0402 1-UF) COUT_HF il più vicino possibile al pin VOUT si ottiene l'area più piccola dell'anello di/dt alto.

L'intensità massima del campo elettrico da un anello di/di elevato a una distanza di 10 metri dal piano terra può essere calcolata con la seguente formula:

La Figura 4 mostra i risultati EMI irradiati con e senza COUT_HF. Nelle stesse condizioni di test, l'EMI irradiata è migliorata di 4dBuV/m con COUT_HF.

Posiziona un piano terra sotto il percorso critico
L'elevata induttanza di tracciamento si traduce in una scarsa EMI irradiata. Perché l'intensità del campo magnetico è proporzionale all'induttanza. Posizionare un piano terra fisso sul livello successivo della traccia critica può risolvere questo problema.

La tabella 1 fornisce le induttanze di tracciamento fornite su diverse schede PCB. Possiamo vedere che per un PCB a quattro strati con uno spessore di isolamento di 0.4 mm tra lo strato del segnale e il piano di massa, l'induttanza di tracciamento è molto più piccola dell'induttanza di tracciamento per un PCB a 1.2 strati di 2 mm di spessore. Pertanto, posizionare il piano terra fisso più corto nel percorso critico è uno dei modi più efficaci per ridurre le EMI.

La Figura 5 mostra i risultati EMI irradiati per un PCB a 2 strati e un PCB a 4 strati. Sulla base dello stesso layout e delle stesse condizioni di test, l'EMI irradiata può essere migliorata di 10 dBuV/m su un PCB a 4 strati.

Aggiungi buffer RC
Se i livelli irradiati superano ancora i livelli richiesti e il layout non può essere ulteriormente migliorato, l'aggiunta di uno snubber RC e di una massa di alimentazione al pin SW TPS61088 può aiutare a ridurre i livelli di EMI irradiati. Lo snubber RC deve essere posizionato il più vicino possibile al nodo di commutazione e alla massa di alimentazione. Può sopprimere efficacemente il loop di tensione SW, il che significa che l'EMI irradiata è migliorata alla frequenza di suoneria.

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