De plus en plus d'applications doivent normes EMI, les fabricants obtenir que l'approbation de la revente commerciale. un moyen de commutation commute l'alimentation interne d'un dispositif électronique, un rayonnement EMI peut être généré par celui-ci.
Le présent document décrit une source d'alimentation à découpage et la méthode de réduction ou EMI technique d'EMI. Cet article montre également le module d'alimentation (contrôleur, le côté haut et FET côté bas et l'inducteur intégralement emballé) permet de réduire les interférences électromagnétiques.
commutateur de source d'alimentation EMI
Tout d'abord, nous devons respecter les lois de la physique. Selon les équations de Maxwell, un champ électromagnétique peut générer un courant alternatif. Les conducteurs sont chacun électriquement phénomène se produit, dont certains peuvent former lui-même un circuit de résonance ayant une capacité et une inductance. Le circuit d'oscillation à une fréquence donnée (f = 1 / (2 * * sqrt (LC))) d'énergie électromagnétique rayonnée dans l'espace. Le circuit agit comme un émetteur d'énergie électromagnétique, mais peut aussi recevoir de l'énergie électromagnétique et pour agir comme un récepteur. L'antenne est conçue pour optimiser la transmission ou la réception de l'énergie.
Mais toutes les applications ne devrait être comme une antenne, et cette conception pourrait avoir un impact négatif de. Par exemple, l'alimentation à découpage abaisseur est conçu pour une tension supérieure à une tension plus faible, mais ils agissent également comme un (mauvais) émetteur électromagnétique peut interférer avec d'autres applications, telles que le brouillage de bande AM. Cet effet est connu comme EMI.
Afin d'assurer le fonctionnement normal de la fonction pour minimiser la source EMI est très important. Comité international spécial (CISPR) des interférences radio définit différents critères, tels que les applications de l'automobile électrique de référence CISPR 25, ainsi que des équipements technologies de l'information CISPR 22 contre.
Comment réduire la conception de l'alimentation d'interférences électromagnétiques il? Une méthode consiste à utiliser un blindage métallique complètement de commutation d'alimentation. Cependant, dans la plupart des applications, pour des raisons de coût et de l'espace, cette méthode ne peut pas être atteint. Une meilleure approche est de réduire et d'optimiser la source EMI. De nombreux articles ont discuté de ce sujet en détail, ce document recommande deux façons.
Passons en revue la source principale de l'alimentation de commutation EMI, et pourquoi le module d'alimentation peut vous aider à réduire facilement EMI.
La réduction de la mise en boucle de courant
Comme son nom l'indique, l'alimentation à découpage est utilisée pour la conversion. Leur rôle est quelques centaines de kilohertz à quelques mégahertz, l'ouverture et la fermeture de la tension d'entrée. Cela conduit à convertisseur de courant rapide (dI / dt) et convertisseur de tension rapide (dv / dt). Selon les équations de Maxwell, et la tension de courant alternatif générant un champ électromagnétique alternatif. Le champ électromagnétique à partir de l'origine du diffuseur radial, de leur intensité diminue avec la distance.
. Figure 1. EMI chargera l'interrupteur principal d'alimentation d'un impact.
Le module de commutation d'alimentation en énergie les moyens de réduire la source EMI EMI champs électriques et magnétiques peuvent interférer avec l'application de l'élément conducteur (par exemple une carte de circuit imprimé [le PCB] sur les traces de cuivre, comme une antenne) et un bruit supplémentaire généré façon en ligne, de sorte que conduira à EMI (voir la figure 1) se produit. En fait, quelques watts de conversion de puissance élargira la portée du rayonnement de perturbations électromagnétiques.
4. Brochage figure aide à réduire la zone de boucle. À gauche: optimisé Brochage, à droite: mise en page non optimisé, presque impossible de former une bonne mise en page.
Courant (I) et son flux d'énergie électromagnétique rayonnée et la région de boucle (A) proportionnelle. La réduction de la zone de boucle de courant et de tension alternative permet de réduire les interférences électromagnétiques (voir.. La figure 2 et figure 3).
Mise au point sur la Brochage (voir la figure 4) peut vous aider en réduisant la grande surface de la boucle dI / dt meilleure mise en page bien conçue. Par exemple, le noeud de commutation peut initier une forte variation de courant (dI) et un convertisseur à haute tension (dV). Bonne Brochage peut être isolé pin bruit sensible au bruit et la broche. Commutation nud et commencer à broches à une distance de la broche de contre-réaction sensible au bruit. En outre, les broches d'entrée et de sol pour être adjacent. Cela simplifie le câblage et le condensateur d'entrée est placé sur le circuit imprimé.
La figure 5 montre SWITCHER LMR23630 SIMPLE? Améliorer module d'évaluation du convertisseur (EVM). Deux condensateurs d'entrée à partir d'une broche d'entrée à environ 2,5 cm. Ceci est disposé, afin de simuler la mauvaise disposition parce que (rectangle rouge sur la Fig. 5) de la zone de boucle de courant que le tableau de données est de plus grandes exigences et les recommandations. forme elliptique. La figure 5 indique le noeud de commutation rouge entre le convertisseur et l'inducteur. zone boucle entre le circuit intégré et le petit inducteur possible.
Le module de commutation d'alimentation en énergie les moyens de réduire la source EMI 5. Zone de boucle EMI figure (rectangle rouge) entre la broche d'entrée et les erreurs de saisie d'exemple de mise en gros condensateur. Formation d'une seconde région en boucle (forme ovale rouge) entre le circuit intégré et la bobine d'inductance.
Le graphique de la figure 6 montre convertisseur de rayonnement LMR23630 EMI, dans lequel la zone de la boucle formée entre les différents VIN seulement, GND et le condensateur d'entrée. Bon condensateur aussi près que possible la disposition des broches d'entrée et de masse (zone de boucle la plus petite possible). Et une mauvaise disposition du condensateur d'entrée de la broche d'entrée de 2,5 cm, de manière à former une grande surface de la boucle.
influence la figure 6.LMR23630 d'entrée du convertisseur capacitif layout rayonnement EMI.
6 est un graphique montrant le rayonnement rouge figure EMI mise en page mauvaise. montre ligne bleue les émissions EMI de la même bonne mise en page de EVM. Modifier une zone de la boucle aura un impact énorme. convertisseur de niveau de rayonnement LMR23630 EMI peut être réduite 20 dBuV / m ou plus.
7. Composition interne de la figure différents types de modules de puissance. Dans les deux cas, les inducteurs sont situés au-dessus de la puce de circuit intégré.
Par conséquent, lorsqu'un convertisseur abaisseur ou une conception de module de puissance de mâle, comment placer les condensateurs d'entrée doivent être l'une des considération primordiale. Module de puissance présente les avantages suivants: la zone de boucle clé entre l'inducteur et le circuit intégré a été optimisé. Un inducteur connecté au circuit intégré dans le paquet (voir fig. 7). Ce placement formera une petite zone en boucle à l'intérieur du paquet. Ainsi, le bruit est pas nécessaire au câblage du noeud de commutation carte de circuit imprimé.
La plupart de l'inductance dans celui-ci blindé module de puissance, afin d'éviter que le rayonnement électromagnétique de la bobine. Très proche de la haute conversion courant-tension inducteur se produit, et une partie du champ électromagnétique du noeud de commutation est inducteur blindé à la partie supérieure de la grille de connexion (voir fig. 7).
transitoires de tension et de courant rapide
Rapide apparition transitoire de sonnerie peut provoquer le nud de commutation pour générer des interférences électromagnétiques. Dans certains cas, le convertisseur peut être relié à la broche de validation. Une résistance en série avec le condensateur de démarrage augmente le temps de placement de montée (dt), tout en réduisant la perte d'efficacité de l'EMI.
Figure 8. Effet de la résistance ajoutée au noeud de commutation de convertisseur LMR23630 sera déclenchée. Moins de rayonnement EMI, mais en raison des pertes de commutation élevées, la diminution de l'efficacité.
La figure 8 montre les émissions de balayage LMR23630 EVM EMI. Après avoir modifié la mise en page du condensateur d'entrée placé à environ 2,5 cm des positions de broches pour simuler la mauvaise mise en page, et montrer comment placer le condensateur de démarrage aura une incidence sur les caractéristiques EMI. Dans la conception mettre un condensateur de démarrage peut être plus facile que de changer complètement la mise en page. Nous vous recommandons de toujours commencer la conception du condensateur lorsqu'il est pris en compte pour un jour de pluie. Sinon, vous pouvez utiliser la résistance 0 pour réduire l'espace sur le circuit imprimé.
La résistance de démarrage en série avec le condensateur de démarrage afin de réduire le spectre EMI. Réduira l'émission de certaines gammes de fréquences jusqu'à 6 dB. 8 montre également l'efficacité de l'équilibre. Utilisation résistance 30.1 pour raccourcir le temps de montée dt, ce qui réduit l'efficacité de plus de 1%.
Regardez la consommation d'énergie va mieux illustrer ce point. La pleine (3A) à partir de la perte de puissance augmente 1.9W 2.1W. Lorsque plus de 10% de perte de puissance peut causer des problèmes de refroidissement.
Une petite diode Schottky placé entre le noeud de commutation et les broches de masse de courant inverse de récupération peut être réduite, réduisant ainsi le noeud de commutation de sonnerie convertisseur synchrone de courant dI, mais cela augmenterait la nomenclature (BOM) coût. En variante, on peut ajouter un réseau d'amortissement, qui comprend un ensemble situé à la capacité et la résistance extra-large entre le noeud de commutation et la masse. Tampon peut consommer la sonnerie de noeud de commutation d'énergie, mais qui ont besoin de connaître la fréquence de sonnerie et le calcul correct des composants supplémentaires. Ce procédé réduit également l'efficacité de l'alimentation à découpage.
inductance parasite et la capacité du trajet de courant
Pour convertisseur abaisseur synchrone, l'architecture de chaque circuit intégré produira une intensité différente du bruit, les performances de rayonnement EMI. Mais celui-ci est difficile de trouver de la table de données. La plupart des tables de données ne fournissent pas le tableau EMI, parce que la mise en page des PCB, des composants de nomenclature et d'autres facteurs auront une incidence sur les caractéristiques EMI. Avec de la chance, le Guide de l'utilisateur EVM offre ce point de vue d'une conception spécifique des caractéristiques EMI. Mais si vous concevez et mise en page et nomenclature EVM ne correspond pas, la nature EMI de l'application que vous concevez peut varier considérablement. Les modules d'alimentation simplifient la mise en page, conçu pour obtenir un accès rapide et facile parce que vous ne devez considérer quelques règles de base. Par exemple, pour minimiser les traces de plan de masse ou le nombre de coupes, le cas échéant, restent parallèles (figure 9). Qui est réalisé sous la direction du courant.
trace de l'incision et la figure 9.PCB aura une incidence sur le courant, ce qui affecte également l'IME rayonné.
La protection contre les effets du bruit pour le noeud de noeud sensible au bruit
noeuds sensibles au bruit aussi courte que possible, et à distance du noeud de bruit. Par exemple, la broche réseau diviseur de résistance à la rétroaction (FB) de longues traces peut agir comme une antenne et capter le bruit d'interférence de rayonnement électromagnétique (fig. 10). Ce bruit est introduit dans la broche FB, ce qui entraîne du bruit supplémentaire généré à la sortie, l'appareil même instable. Lors de la conception de commutation régulateurs buck, tous ceux-ci sont pris en compte est un défi.
noeud de noeud Noise Bruit sensible
nud de rétroaction commutateur pin
Réglage de la fréquence de l'inducteur
réseau de compensation à haute capacité dI / dt
Autre parcours sensoriel FET, diode, etc.
Des exemples de noeuds de bruit sensibles et le noeud 1. Tableau mâle bruit du convertisseur.
Le module de commutation d'alimentation comment réduire la source EMI 10. diviseur de résistance EMI figure toujours aussi proche que possible sur la broche FB à la broche FB.
L'avantage est que le module sera sensible aux nuds de bruit et le bruit des noeuds réduits au minimum, ce qui réduit les risques de mise en page des erreurs. La seule mise en garde est de garder les traces de broche FB aussi courte que possible.
conclusion
De nombreux EMI Bouton de réglage du convertisseur abaisseur de commutation, mais peut également être utilisé pour obtenir la meilleure solution ne suffit pas pratique. Trouvez la meilleure configuration passera beaucoup de temps de conception précieux. module d'alimentation comprend déjà un FET et une inductance, ce qui rend la création et la conception d'alimentation complète a de bonnes caractéristiques EMI est simple et rapide. Lorsque vous utilisez le module abaisseur conçu quelques-uns des plus point crucial est le placement des composants externes, ce qui contribue de manière significative des caractéristiques améliorées EMI.
des convertisseurs de comparaison EMI et modules d'alimentation
La description précédente de l'alimentation à découpage et la façon de réduire la source d'interférences électromagnétiques EMI. Maintenant, cet article utilisera les mesures du module d'alimentation entre le même circuit intégré (IC) et en comparant le convertisseur, pour montrer comment l'aide du module réduire le rayonnement EMI. Tant du TI SIMPLE convertisseur de commutation de ligne produit à LMR23630, module d'alimentation LMZM33603, en utilisant LMR23630 IC. En faisant deux parties de dispositif de EVM modifié pour obtenir le même nombre de la nomenclature, de sorte que les résultats ne dépend que des éléments choisis (ou module de convertisseur de puissance) et la disposition. Deux types de EVM a une bonne optimisation de la mise en page. Par la suite, le condensateur est placé dans une position éloignée de la broche d'entrée est généré mauvaise disposition.
Convertisseur Performance LMR23630
Figure 11. LMR23630 rayonnement EMI ayant différentes capacité d'entrée du convertisseur de la mise en page.
La figure 11 montre les quatre différentes du spectre EMI de mise en page différente de la conception. Favorablement à une mauvaise disposition de la mise en page de conception (similaire à la figure 5, mais chacune de l'étape séparée). La première mesure du temps (bonne mise en page / ligne bleue), n'a pas apporter des modifications à la disposition de l'EVM (toute bonne mise en page de condensateur d'entrée sont très proches de la broche d'entrée). Lorsque la deuxième mesure (près du petit condensateur / rouge), deux condensateurs 4.7F sont placés à une distance de 2,5 cm à la broche d'entrée. 0.22F petit condensateur très proche de la broche d'entrée. Dans une troisième mesure (loin du petit condensateur / ligne verte) et un quatrième (condensateur non-small / ligne violette) fois à partir des broches d'entrée de petits condensateurs sont de 2,5 cm, puis complètement enlevé.
Vous pouvez voir la mise en place de condensateur d'entrée est critique dans la figure 11. Le petit condensateur d'entrée est placé à une distance de la broche d'entrée ou de supprimer complètement ce serait contraire à la norme CISPR 22 standard A3M. Un petit condensateur peut être placé à proximité des broches d'entrée pour réduire au minimum la zone de boucle à haute fréquence. Petit filtre à condensateurs sur bruit à haute fréquence, et la plus grande capacité du condensateur peut filtrer le bruit à basse fréquence.
Emballage du module d'alimentation contient typiquement un petit condensateur d'entrée. Penchons-nous sur la mise en page des mauvaises performances lorsque le module d'alimentation.
Performance du module d'alimentation LMZM33603
La figure 12 montre l'agencement du module de puissance EVM également inférieurs à favorablement alignés. La ligne bleue ne change pas les émissions EVM EMI. Rouge et vert lignes indiquant une mise en échec, dans lequel une ligne comporte deux condensateurs d'entrée 4.7F, située en dessous de la PCB de fond (rouge). Les condensateurs de ligne vert à partir d'une broche d'entrée à environ 3,5 cm (13 sur la figure surlignés en rouge ovale). Épaisse ligne rouge. La figure 13 montre également l'EVM modifiée, et la zone de boucle clé formée entre le VIN, le condensateur d'entrée et la masse. caractéristiques EMI se détériorent, mais pas contraire à ce niveau CISPR norme 22 module source d'alimentation de commutation A3M Discussion EMI réduit le module d'alimentation EMI erreurs de conception de mise en page peuvent être corrigées
La figure 14 est un graphique unique pour convertisseur LMR23630 (rouge) et le module de puissance LMZM33603 (ligne bleue) pour faire une comparaison. Tous deux avaient mise en page de mauvais similaire, tous les condensateurs d'entrée externes sont loin de la broche d'entrée.
Il est évident que les caractéristiques de rayonnement EMI supérieur au module d'alimentation LMZM33603 convertisseur LMR23630. Bien que les deux mises en page ne sont pas parfaits, mais le module d'alimentation par le test CISPR et le convertisseur ne peut pas passer le test.
Caractéristiques comparatives de la Fig. 14. EMI et LMZM33603 TI LMR23630 module d'alimentation du convertisseur.
conclusion
Comme dit précédemment, pour créer un design d'alimentation bonne commutation de mise en page difficile. Même les ingénieurs expérimentés aussi facile de faire des erreurs, comme un mauvais positionnement du condensateur d'entrée.
conception du module d'alimentation disposition plus favorable à la réduction des erreurs. En répondant aux caractéristiques EMI, elles sont idéales pour la commutation d'alimentation et est essentielle à l'utilisation efficace du temps de conception.
