¿Qué es el equipo de prueba de EMC?

Un desafío de diseño clave en el diseño de un banco de energía es pasar las pruebas de EMI. Los ingenieros electrónicos a menudo se preocupan por fallar las pruebas de EMI. Si la prueba de EMI del circuito falla muchas veces, será una pesadilla. Tendrá que trabajar día y noche en el laboratorio de EMI para solucionar problemas y evitar retrasos en los lanzamientos de productos. Para productos de consumo como bancos de energía, el ciclo de diseño es corto y las restricciones de certificación EMI son estrictas, por lo que desea agregar suficientes filtros EMI para pasar la prueba EMI sin problemas, pero no desea aumentar el espacio y agregar demasiado. costo para el circuito. Parece difícil hacer malabarismos con ambos.

El diseño de referencia del convertidor elevador de EMI de baja radiación de diseño TI (PMP9778) proporciona dicha solución. Puede admitir un voltaje de entrada de 2.7 – 4.4 V, potencia de salida de 5 V/3 A, 9 V/2 A y 12 V/1.5 A, y solo es adecuado para aplicaciones de banco de energía. Con optimización de ubicación y diseño, este diseño de TI logra 6 dB más de espacio libre que en EN55022 y pruebas radiadas CISPR22 Clase B. Echemos un vistazo al proceso de diseño.

Identificar rutas críticas de corriente.
EMI comienza con un ciclo de alta tasa instantánea de cambio de corriente (di/dt). Por lo tanto, debemos distinguir caminos críticos de alto di/dt al comienzo del diseño. Para lograr estos objetivos, es importante comprender las rutas de conducción actuales y el flujo de señales en las fuentes de alimentación conmutadas.

La figura 1 muestra la topología del convertidor elevador y las rutas de corriente críticas. Cuando S2 está cerrado y S1 está abierto, la corriente alterna fluye a través del bucle azul. Cuando S1 está cerrado y S2 está abierto, la corriente alterna fluye a través del circuito verde. Por lo tanto, la corriente fluye a través del capacitor de entrada Cin y el inductor L es una corriente continua, mientras que la corriente fluye a través de S2, S1 y el capacitor de salida Cout es una corriente pulsante (bucle rojo). Por lo tanto, definimos el lazo rojo como la ruta de corriente crítica. Este camino tiene la energía EMI más alta. Durante la colocación, debemos minimizar el área encerrada por él.

Minimice el área de bucle para rutas de alto di/dt
La Figura 2 muestra la configuración de pines del TPS61088. La Figura 3 muestra un diseño de ejemplo de las rutas de corriente críticas para el TPS61088. El pin NC indica que no hay conexión dentro del dispositivo. Por lo tanto, se pueden conectar a PGND. Eléctricamente, conectar los dos pines NC al plano de tierra PGND facilita la disipación de calor y reduce la impedancia de la ruta de retorno. Desde una perspectiva de EMI, conectar los dos pines NC al plano de tierra PGND acerca los planos VOUT y PGND del TPS61088 entre sí. Esto facilita la colocación de los capacitores de salida. Como se puede ver en la Figura 3, colocar un capacitor cerámico de alta frecuencia 0603 1-UF (o 0402 1-UF) COUT_HF lo más cerca posible del pin VOUT da como resultado el área más pequeña del bucle di/dt alto.

La intensidad de campo eléctrico máxima de un bucle alto di/di a una distancia de 10 metros del plano de tierra se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

La Figura 4 muestra los resultados de EMI radiados con y sin COUT_HF. Bajo las mismas condiciones de prueba, la EMI radiada se mejora en 4dBuV/m con COUT_HF.

Coloque un plano de tierra debajo de la ruta crítica.
La alta inductancia de seguimiento da como resultado una mala EMI radiada. Porque la fuerza del campo magnético es proporcional a la inductancia. Colocar un plano de tierra fijo en la siguiente capa de la traza crítica puede resolver este problema.

La Tabla 1 proporciona las inductancias de seguimiento dadas en diferentes placas de PCB. Podemos ver que para una PCB de cuatro capas con un grosor de aislamiento de 0.4 mm entre la capa de señal y el plano de tierra, la inductancia de seguimiento es mucho menor que la inductancia de seguimiento de una PCB de 1.2 capas de 2 mm de grosor. Por lo tanto, colocar el plano de tierra fijo más corto en la ruta crítica es una de las formas más efectivas de reducir la EMI.

La Figura 5 muestra los resultados de EMI radiada para una PCB de 2 capas y una PCB de 4 capas. Según el mismo diseño y las mismas condiciones de prueba, la EMI radiada se puede mejorar en 10 dBuV/m sobre una PCB de 4 capas.

Agregar búfer RC
Si los niveles radiados aún superan los niveles requeridos y el diseño no se puede mejorar más, agregar un amortiguador RC y tierra de alimentación al pin TPS61088 SW puede ayudar a reducir los niveles de EMI radiados. El amortiguador RC debe colocarse lo más cerca posible del nodo del interruptor y la conexión a tierra. Puede suprimir efectivamente el bucle de voltaje SW, lo que significa que la EMI radiada mejora en la frecuencia de llamada.

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