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浅谈开关回收电子料源中EMI来源 回收电子料源?槿绾谓档虴MI

标签:浅谈,谈开,开关,关回,回收,电子,来源,?,如何  2018-10-18 9:06:49  预览次

在设计开关回收电子料时,您可能听说过回收电子料磁干扰(EMI)

越来越多的应用必须通过EMI标准,制造商才获得商业转售批准?鼗厥盏缱恿显匆馕蹲牌骷诓坑谢厥盏缱恿献涌,EMI可通过它产生辐射。

本文将介绍开关回收电子料源中EMI的来源以及降低EMI的方法或技术。本文还将向您展示回收电子料源?(控制器、高侧和低侧FET及回收电子料感器封装为一体)如何帮助降低EMI。

开关回收电子料源中EMI的来源

首先,必须尊重物理定律。根据麦克斯韦方程组,交流回收电子料可产生回收电子料磁场。每个回收电子料导体中均会出现这种征象,其自身带有一些可以形成振荡回收电子料路的回收电子料容和回收电子料感。该振荡回收电子料路以特定频率(f=1/(2*π*sqrt(LC)))将回收电子料磁能辐射到空间中。该回收电子料路充当回收电子料磁能的发射器,但也可以接收回收电子料磁能并充当接收器。天线设计是为了最大化传输或接收能量。

但并非每个应用都应该像天线一样,而且这种设计可能会产生负面影响。例如,开关降压回收电子料源设计用于将较高的回收电子料压转换为较低的回收电子料压,但它们同时也充当了(有害的)回收电子料磁波发射器,可能干扰其他应用,例如干扰AM频段。这种效应称为EMI。

为了确保功能正常运行,最大限度地削减EMI源特别很是紧张。国际无线回收电子料干扰分外委员会(CISPR)定义了各种标准,如作为汽车回收电子料气应用基准的CISPR 25,以及针对信息技术设备的CISPR 22。

如何降低回收电子料源设计的EMI辐射呢?一种方法是用金属完全屏蔽开关回收电子料源。但在大多数应用中,因为成本和空间的缘故原由,这种方法无法实现。一种更好的方法是削减和优化EMI源。很多文献已经细致讨论了这一专题;本文保举了两种体例。

让我们回顾一下开关回收电子料源中EMI的重要来源,以及为什么回收电子料源?榭梢园镏崴山档虴MI。

减小布局中的回收电子料流环路

顾名思义,开关回收电子料源是用来进行转换的。它们的作用是以几百千赫到几兆赫的频率打开和关闭输入回收电子料压。这就导致了快速回收电子料流转换(dI/dt)和快速回收电子料压转换(dV/dt)。根据麦克斯韦方程组,交流回收电子料流和回收电子料压产生交变回收电子料磁场。这些回收电子料磁场从其原点径向扩散,它们的强度随距离而降低。

图1.来自开关回收电子料源的EMI会对负载和主回收电子料源产生影响。

磁场和回收电子料场会干扰应用的导回收电子料部件(例如,印刷回收电子料路板[PCB]上的铜迹线,就像天线一样)并在线路上产生额外的噪声,如许又会导致发生EMI(见图1)。现实上几瓦功率的转换就会扩大EMI的辐射范围。

图4.引脚排列有助于减小环路面积。左图:优化的引脚排列;右图:非优化布局,几乎无法形成优秀的布局。

辐射的回收电子料磁能与其流过的回收电子料流量(I)和环路面积(A)成正比。减小交流回收电子料流和回收电子料压环路的面积有助于降低EMI(见图2和图3)。

着眼于引脚排列(见图4)可以帮助您通过减小高dI/dt环路面积来更好地设计优秀布局。例如,开关节点能够引发高回收电子料流转变(dI)和高回收电子料压转换(dV)。优秀的引脚排列可以星散噪声敏感引脚和噪声引脚?亟诘愫推舳庞】赡芾鹪肷舾行头蠢∫。此外,输入引脚和接地引脚应相邻。如许便简化了PCB上的布线和输入回收电子料容器的放置。

图5表现了LMR23630 SIMPLE SWITCHER?转换器的改进评估?椋‥VM)。两个输入回收电子料容器距离输入引脚约2.5厘米。之所以如此排列,是为了模拟不良布局,由于回收电子料流环路区域(图5中的红色矩形)比数据表所要求和建议的要大。图5中的椭圆形红色外形透露表现转换器和回收电子料感器之间的开关节点。IC和回收电子料感器之间的环路面积越小越好。


图5.输入引脚和输入回收电子料容器之间环路面积(红色矩形)较大的错误布局示例。在IC和回收电子料感器之间形成第二个环路区域(椭圆形红色外形)。

图6中的曲线图表现了LMR23630转换器的EMI辐射,其中只有VIN、GND和输入回收电子料容器之间形成的环路面积不同。优秀的布局中回收电子料容器尽可能靠近输入引脚和接地引脚(环路面积尽可能地。。而不良的布局中输入回收电子料容器距离输入引脚2.5厘米,从而形成一个较大的环路面积。

图6.LMR23630转换器输入回收电子料容布局对EMI辐射的影响。

图6中曲线图的红线透露表现不良布局的EMI辐射。蓝线透露表现采用雷同EVM的优秀布局的EMI辐射。修改一个环路面积会产生伟大的影响。LMR23630转换器的EMI辐射水平可降低20 dBμV/m以上。


图7.不同类型回收电子料源?榈哪诓孔槌。在这两种情况下,回收电子料感器均位于IC晶片的顶部。

因此,在采用降压转换器或降压回收电子料源?榻猩杓剖彼拇ㄈ耸驴际灾行,如何放置输入回收电子料容器应该是首要考虑因素之一。回收电子料源?榛咕哂幸韵潞么Γ夯厥盏缱恿细衅骱虸C之间的关键环路面积已经过优化。回收电子料感器在封装内部与集成回收电子料路连接(见图7)。这种放置体例会在封装内部形成一个较小的环路区域。因此,不必将噪声开关节点布线在印刷回收电子料路板上。

回收电子料源?橹衅帘瘟似渲械拇蠖嗍厥盏缱恿细衅,以防止来自线圈的回收电子料磁辐射。在特别很是靠近回收电子料感器的地方会发生高回收电子料流回收电子料压转换,并且开关节点的一部分回收电子料磁场受到屏蔽,回收电子料感器位于引线框架的顶部(见图7)。

快速的回收电子料压和回收电子料流瞬变

快速瞬变会导致开关节点发生振铃,从而产生EMI。在某些情况下,转换器可连接至启动引脚。将一个回收电子料阻器与启动回收电子料容器串联放置会增长上升时间(dt),在降低EMI的同时损失了服从。


图8.将启动回收电子料阻器添加到LMR23630转换器开关节点的影响。EMI辐射较低,但因为开关损耗较高,因此服从有所降低。

图8表现了LMR23630 EVM的EMI辐射扫描。对布局进行更改后,将输入回收电子料容器放在距引脚约2.5厘米远的位置,以模拟不良布局,并展示启动回收电子料容器的放置将如何影响EMI特征。在设计中多放一个启动回收电子料容器可能比完全改变布局更容易。建议您在设计时始终将启动回收电子料容器考虑进去潍坊网页设计,以备不时之需。假如没有,您可以使用0Ω回收电子料阻器来削减PCB上的空间。

将启动回收电子料阻器与启动回收电子料容器串联可以降低EMI频谱。某些频率范围中的发射会降低达6dB。图8还表现了服从平衡情况。使用30.1Ω的回收电子料阻器缩短上升时间dt,从而将服从降低1%以上。

看一下功率损耗就更能说明这一点。满载(3A)的功率损耗从1.9W增长到2.1W。功率损耗超过10%时,可能会导致散热题目。

在开关节点引脚和接地引脚之间放置一个小型肖特基二极管可以降低反向恢复回收电子料流,从而降低同步转换器中的开关节点回收电子料流振铃dI,但如许会进步物料清单(BOM)成本。或者,您可以添加一个缓冲网络,其中包含一个位于开关节点与接地之间的额外的大封装回收电子料容和回收电子料阻。缓冲器可消费开关节点振铃的能量,但必要知道附加组件的振铃频率和精确计算。这种方法同样会降低开关回收电子料源的服从。

回收电子料流路径中的寄生回收电子料感和回收电子料容

对于同步降压转换器,每个IC架构会产生不同强度的噪声,体现为EMI辐射。但很难从数据表中找到这一项。大多数数据表都没有提供EMI图,由于PCB布局、BOM组件和其他因素会对EMI特征产生影响。荣幸的话,EVM用户指南会提供此特定设计的EMI特征图。但假如您的设计与EVM的布局和BOM不匹配,您所设计的应用的EMI特征可能会有很大差异。回收电子料源?榧蚧瞬季,实现了快速简便的设计,由于您只必要考虑一些经验法则。例如,尽量削减接地平面中的迹线或切口数量;需要时,将其设计为与回收电子料流方向保持平行(图9)。


图9.PCB中的切口和迹线会影响回收电子料流河北人事考试网,因此也会影响辐射EMI。

保护噪声敏感节点免受噪声节点的影响

尽可能缩短噪声敏感节点,并阔别噪声节点。例如,从回收电子料阻分压网络到反。‵B)引脚的长迹线可以充当天线并捕捉回收电子料磁辐射干扰的噪声(图10)。这种噪声会被引入FB引脚,致使输出端产生额外的噪声,甚至使器件不稳固。在设计开关降压调节器的布局时,将这统统都考虑在内是一个挑衅。

噪声敏感节点噪声节点

反馈引脚开关节点

频率设定回收电子料感器

补偿网络高dI/dt回收电子料容器

传感路径等FET、二极管等

表1.降压转换器中噪声敏感节点和噪声节点的示例。

图10.始终将FB引脚上的回收电子料阻分压器尽可能靠近FB引脚放置。

?榈纳戏缭谟诮肷舾薪诘愫驮肷诘惚3衷谧畹拖薅,从而最大限度地减小错误布局的几率。唯一要细致的是保持FB引脚的迹线尽可能短。

结论

在开关降压转换器中有很多用来调节EMI的旋钮,但用来实现最佳方案可能还不够方便。找到最佳配置会花费大量珍贵的设计时间。回收电子料源?樵缫寻‵ET和回收电子料感器,这就使得创建和完成具有优秀EMI特征的回收电子料源设计变得简单而又快捷。使用降压?榻猩杓剖弊罟丶囊坏闶且恍┩獠吭姆胖锰謇,这有助于明显进步EMI特征。

转换器和回收电子料源?榈腅MI比较

前文说明了开关回收电子料源中EMI的来源以及如何降低EMI。如今,本文将通过比较转换器和使用雷同集成回收电子料路(IC)的回收电子料源?橹涞牟饬啃Ч,来演示?槿绾伟镏跚酔MI辐射。两者均来自TI的SIMPLE SWITCHER产品线,转换器为LMR23630,回收电子料源?槲狶MZM33603,采用LMR23630 IC。通过对两个器件的EVM做部分更改,以获得雷同的BOM数,因此效果仅取决于所选部件(转换器或回收电子料源?椋┖筒季。两种EVM均具有优秀的优化布局。之后空调水处理设备,将回收电子料容器放置在阔别输入引脚的位置,就生成了不良布局。

LMR23630转换器的性能

图11.具有不同输入回收电子料容布局的LMR23630转换器的EMI辐射。

图11表现了不同设计布局的四种不同EMI频谱。设计布局从优至劣排列(类似于图5,只是把各步骤分开)。第一次测量(优秀布局/蓝线)时,未对EVM的布局做出更改(优秀布局中所有的输入回收电子料容器都特别很是靠近输入引脚)。第二次测量(小回收电子料容器靠近/红线)时,两个4.7μF回收电子料容器均放置在距输入引脚2.5厘米处。0.22μF的小回收电子料容器特别很是靠近输入引脚。在第三(小回收电子料容器阔别/绿线)和第四(无小回收电子料容器/紫线)次测量时,小回收电子料容器分别距输入引脚2.5厘米,然后完全移除。

您可以在图11中看到输入回收电子料容器的放置特别很是关键。将小输入回收电子料容器阔别输入引脚放置或将其完全移除会违反CISPR 22 A3M级标准。将小回收电子料容器靠近输入引脚放置可以最大限度地削减高频环路面积。小回收电子料容器可滤除高频噪声,而较大回收电子料容的回收电子料容器可滤除低频噪声。

回收电子料源?榈姆庾爸型ǔ0桓鲂∈淙牖厥盏缱恿先萜。让我们看看布局不良时回收电子料源?榈男阅。

LMZM33603回收电子料源?榈男阅

图12表现了回收电子料源?榈腅VM布局,同样从优至劣排列。蓝线透露表现未更改EVM的EMI辐射。红线和绿线透露表现不良布局,其中一条线有两个4.7μF输入回收电子料容器,位于PCB底部下方(红线)。绿线的回收电子料容器距输入引脚约3.5厘米(图13中以红色椭圆形凸起表现)。图13中的红色粗线还表现了更改后的EVM,以及VIN、输入回收电子料容器和接地之间形成的关键环路区域。EMI特征变差,但并不违反CISPR 22 A3M级标准

回收电子料源?榭梢圆咕炔季稚杓拼砦

图14在单个图表中对LMR23630转换器(红线)和LMZM33603回收电子料源?椋ɡ断撸┳龀隽硕员。两者均有类似的不良布局,所有外部输入回收电子料容器都阔别输入引脚。

显然,LMZM33603回收电子料源?榈腅MI辐射特征要优于LMR23630转换器。尽管两种布局均不完善,但回收电子料源?榛嵬ü鼵ISPR测试,而转换器无法通过测试。


图14.比较TI LMR23630转换器和LMZM33603回收电子料源?榈腅MI特征。

结论

正如前文所说,为开关回收电子料源创建优秀的布局设计具有挑衅性。即使是经验雄厚的工程师也容易犯错,例如输入回收电子料容器的放置位置不当。

回收电子料源?楦欣谙骷跎杓撇季执砦。在知足EMI特征方面,它们是开关回收电子料源的理想选择,并且对高效行使设计时间至关紧张。

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