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21 Jan, 2022 247 Gesehen Autor: LISUN

Was ist ein EMV-Testgerät?

Eine der wichtigsten Herausforderungen beim Design einer Powerbank ist das Bestehen von EMI-Tests. Elektronikingenieure machen sich oft Sorgen, EMI-Tests nicht zu bestehen. Wenn der EMI-Test der Schaltung viele Male fehlschlägt, wird dies ein Albtraum. Sie müssen rund um die Uhr im EMI-Labor arbeiten, um Probleme zu beheben und Verzögerungen bei der Produkteinführung zu vermeiden. Bei Verbraucherprodukten wie Powerbanks ist der Designzyklus kurz und die EMI-Zertifizierungsbeschränkungen sind streng. Sie möchten also genügend EMI-Filter hinzufügen, um den EMI-Test reibungslos zu bestehen, aber Sie möchten nicht den Platz vergrößern und zu viel hinzufügen Kosten für die Schaltung. Es scheint schwierig, beides zu jonglieren.

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EMI-9KB_EMI Empfängersystem

Das TI-Design Low Radiated EMI Boost Converter Reference Design (PMP9778) bietet eine solche Lösung. Es kann 2.7 – 4.4 V Eingangsspannung, 5 V / 3 A, 9 V / 2 A und 12 V / 1.5 A Ausgangsleistung unterstützen und ist nur für Powerbank-Anwendungen geeignet. Mit Platzierungs- und Layoutoptimierung erreicht dieses TI-Design 6 dB mehr Headroom als in EN55022- und CISPR22-Klasse-B-Strahlungstests. Werfen wir einen Blick auf den Designprozess.

Identifizieren Sie kritische Strompfade
EMI beginnt mit einer hohen momentanen Stromänderungsrate (di/dt). Daher sollten wir zu Beginn des Entwurfs kritische Pfade mit hohem di/dt unterscheiden. Um diese Ziele zu erreichen, ist es wichtig, die Stromleitungspfade und den Signalfluss in Schaltnetzteilen zu verstehen.

Abbildung 1 zeigt die Topologie des Aufwärtswandlers und die kritischen Strompfade. Wenn S2 geschlossen und S1 offen ist, fließt Wechselstrom durch die blaue Schleife. Wenn S1 geschlossen und S2 offen ist, fließt Wechselstrom durch die grüne Schleife. Daher fließt der Strom durch den Eingangskondensator Cin und die Induktivität L ist ein kontinuierlicher Strom, während der Strom durch S2, S1 fließt und der Ausgangskondensator Cout ein pulsierender Strom ist (rote Schleife). Daher definieren wir die rote Schleife als kritischen Strompfad. Dieser Pfad hat die höchste EMI-Energie. Während der Platzierung sollten wir den eingeschlossenen Bereich minimieren.

Abbildung 1 Kritischer Strompfad für einen Aufwärtswandler

Minimieren Sie den Schleifenbereich für Pfade mit hohem di/dt
Abbildung 2 zeigt die Pin-Konfiguration des TPS61088. Abbildung 3 zeigt ein Beispiellayout der kritischen Strompfade für den TPS61088. Der NC-Pin zeigt an, dass im Gerät keine Verbindung besteht. Daher können sie mit PGND verbunden werden. Elektrisch erleichtert das Verbinden der beiden NC-Pins mit der PGND-Masseebene die Wärmeableitung und reduziert die Impedanz des Rückwegs. Aus EMI-Sicht bringt das Verbinden der beiden NC-Pins mit der PGND-Masseebene die VOUT- und PGND-Ebenen des TPS61088 näher zueinander. Dies erleichtert die Platzierung der Ausgangskondensatoren. Wie aus Abbildung 3 ersichtlich, führt die Platzierung eines 0603 1-UF (oder 0402 1-UF) Hochfrequenz-Keramikkondensators COUT_HF so nahe wie möglich am VOUT-Pin zu der kleinsten Fläche der Schleife mit hohem di/dt.

Abbildung 2 Pin-Konfiguration des TPS61088

Abbildung 3 Beispiel für ein TPS61088-Layout für einen kritischen Pfad

Die maximale elektrische Feldstärke einer hohen Di/Di-Schleife in einem Abstand von 10 Metern von der Masseebene kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

Abbildung 4 zeigt die abgestrahlten EMI-Ergebnisse mit und ohne COUT_HF. Unter den gleichen Testbedingungen wird die abgestrahlte EMI mit COUT_HF um 4 dBuV/m verbessert.

Abbildung 4. Abgestrahlte EMI-Ergebnisse mit und ohne COUT_HF

Platzieren Sie eine Masseebene unter dem kritischen Pfad
Eine hohe Tracking-Induktivität führt zu einer schlechten gestrahlten EMI. Denn die magnetische Feldstärke ist proportional zur Induktivität. Das Platzieren einer festen Masseebene auf der nächsten Schicht der kritischen Leiterbahn kann dieses Problem lösen.

Tabelle 1 gibt die angegebenen Tracking-Induktivitäten auf verschiedenen Leiterplatten an. Wir können sehen, dass bei einer vierlagigen Leiterplatte mit einer Isolationsdicke von 0.4 mm zwischen der Signalschicht und der Masseebene die Kriechstrominduktivität viel kleiner ist als die Kriechstrominduktivität für eine 1.2 mm dicke 2-Lagen-Leiterplatte. Daher ist die Platzierung der kürzesten festen Masseebene im kritischen Pfad eine der effektivsten Möglichkeiten zur Reduzierung von EMI.

Abbildung 5 zeigt die abgestrahlten EMI-Ergebnisse für eine 2-Lagen-Leiterplatte und eine 4-Lagen-Leiterplatte. Basierend auf dem gleichen Layout und den gleichen Testbedingungen kann die abgestrahlte EMI gegenüber einer 10-Lagen-Leiterplatte um 4 dBuV/m verbessert werden.

Abbildung 5 Abgestrahlte EMI-Ergebnisse für eine 2-Lagen-Leiterplatte und eine 4-Lagen-Leiterplatte

RC-Puffer hinzufügen
Wenn die abgestrahlten Pegel immer noch die erforderlichen Pegel überschreiten und das Layout nicht weiter verbessert werden kann, kann das Hinzufügen eines RC-Snubbels und einer Leistungsmasse zum SW-Pin des TPS61088 dazu beitragen, die abgestrahlten EMI-Pegel zu reduzieren. Der RC-Snubber sollte so nah wie möglich am Schaltknoten und der Leistungsmasse platziert werden. Es kann die SW-Spannungsschleife effektiv unterdrücken, was bedeutet, dass die abgestrahlte EMI bei der Klingelfrequenz verbessert wird.

Lisun Instruments Limited wurde 2003 von der LISUN GROUP gegründet. Das LISUN-Qualitätssystem wurde streng nach ISO9001: 2015 zertifiziert. Als CIE-Mitgliedschaft basieren LISUN-Produkte auf CIE, IEC und anderen internationalen oder nationalen Standards. Alle Produkte haben das CE-Zertifikat bestanden und wurden vom Drittlabor authentifiziert.

Unsere Hauptprodukte sind GoniophotometerSphere integrierenSpektralradiometerÜberspannungsgeneratorESD-SimulatorEMI-EmpfängerEMV-TestgeräteElektrischer SicherheitstesterKlimakammerTemperaturkammerKlimakammerWärmekammerSalzsprühtestStaubprüfkammerWasserdichter TestRoHS-Test (EDXRF)Glühdrahttest und  Nadelflammtest.

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