ปัญหา EMI: เสียงเรียกเข้าในโครงร่างแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ (5V -> 3V3)


11

ฉันทำงานในอุปกรณ์ที่อยู่ในระหว่างการทดสอบจะผ่านFCC ส่วน B (CSRR 22) การปล่อยมลพิษ ที่มุมหนึ่งและโพลาไรซ์ (แนวตั้ง) อุปกรณ์จะล้มเหลวเนื่องจากมีการปล่อยก๊าซในช่วง 100-200Mhz ซึ่งละเมิดเกณฑ์

ผลการทดสอบแสดงให้เห็นสองยอดลักษณะที่145Mhzและ128Mhz แหล่งที่มาของเสียงรบกวนวงกว้างที่กว้างขึ้นกำลังดังขึ้น เสียงกริ่งดังกล่าวมีองค์ประกอบของฮาร์มอนิกหลายอย่าง

ปัญหา

PCB มีอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตช์ 2 โหมด (SMPS)ชิปเหล่านี้เป็น Semtec TS30011 / 12/13 ซีรีย์ชิป ( DATASHEET ) เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดจะมีสัญญาณเสียงส่งออกพลังงาน (ก่อนช่วงเหนี่ยวนำ) SMPS 1 มีวงแหวนที่ 145MHz ในขณะที่ SMPS2 มีวงแหวนที่ 128Mhz เป็นที่น่าสังเกตว่าพวกเขามีโหลดที่แตกต่างกัน แผนงานของพวกเขาเหมือนกันเค้าโครงของพวกเขาคือสิ่งที่แตกต่างกัน แต่ 80% เหมือนกัน

  1. ตัวเลือกเค้าโครงฉันต้องลดเสียงรบกวนของ EMI อย่างไร
  2. ฉันกำลังยุ่งอยู่กับการปรับความหนาของร่องรอยที่จะเข้าไปในตัวเหนี่ยวนำเพื่อลดความจุจรจัด

โปรดทราบว่ามี GND เทซึ่งไม่เห็นในรูปแบบที่ผูกแคปทั้งหมดเข้าด้วยกันค่อนข้างดี

ฉันกำลังสูญเสียวิธีปรับส่วนประกอบตัวกรองเพื่อลดเสียงเรียกเข้า

ผลการทดสอบ (3M, แนวตั้ง Pol.)

ผลการทดสอบ EMI

แผนงานและผังของ 1

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่ สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้โดยการวางแกนเฟอร์ไรต์ลงบนสายไฟที่จ่ายเข้าไปในอุปกรณ์อย่างไรก็ตามนี่เป็นวิธีการแก้ปัญหาที่ไม่เหมาะสมสำหรับค่าใช้จ่ายและเหตุผลด้านความงามที่หลากหลาย

การวัดตัวเหนี่ยวนำล่วงหน้า

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

เค้าโครงของทั้งสอง SMPS ซึ่งอยู่ติดกัน

การเรียกใช้ทั้งหมดที่อ้างอิงถึง GND ซึ่งถูกซ่อนชั้นพลังงานด้านล่างส่ง Vin ที่ 5-12V ซึ่งแต่ละอันได้รับการแก้ไขเป็นเอาต์พุต 3V3 SMPS ติดกัน


คุณพูดถึงแกนเฟอร์ไรต์บนสายเคเบิลคุณช่วยอธิบายได้ไหม? จะแก้ไขอะไรกันแน่? เลย์เอาต์ของคุณดูค่อนข้างคล้ายกับคำแนะนำจากผู้ผลิต แต่ทำไมจุดจบเพิ่มเติมสำหรับ PGND ที่ตรงกับ SW trace คืออะไร?
Vladimir Cravero

ตัวเก็บประจุเอาต์พุตดูเหมือนจะมีขนาดใหญ่ประมาณ 200 µF คุณควรลองใช้เพียง 47uF หรือ 47uF เพียงสองตัว L11 คืออะไร ทำไมคุณถึงมีตัวเหนี่ยวนำลำดับที่สองถึงแรงดันไฟฟ้าสุดท้าย? ฉันคิดว่าคุณมีคอขวดบางชนิดที่นี่ มันเป็นตัวกรอง PI หรือไม่? พื้นที่สีส้มกำลังนั่งอยู่บนเลเยอร์ภายใต้ตัวนำไฟฟ้าหรืออีกด้านหนึ่ง?
zeqL

4
+1 สำหรับคำถามที่มีรูปแบบดี แต่ทำไมคุณต้องการยุ่งกับตัวกรองผลลัพธ์ ข้อเท็จจริงที่ว่าการวางแคลมป์เฟอร์ไรต์ไว้ที่อินพุตกำลังปรับปรุงสิ่งต่าง ๆ ที่บอกว่าเป็นเสาอากาศและสิ่งที่ต้องทำในด้านอินพุตอาจเพิ่มเฟอร์ไรต์แบบออนบอร์ดหรือความจุสองสามทศวรรษหรือทั้งสองอย่างร่วมกัน
Matt Young

ตัวเก็บประจุเอาท์พุทเหล่านั้นมีขนาดใหญ่มาก คุณอาจเพิ่มด้านที่เพิ่มขึ้นของเส้นโค้ง esr คุณได้ลองใช้ฝาปิดที่เล็กกว่า (0.1 ยูเอฟ) ผ่านตัวเก็บประจุเอาต์พุตหรือไม่? รวมทั้งเพิ่มจุดแวะเพิ่มเติมจากฝาครอบลงพื้น กราวด์เดียวผ่านตัวเก็บประจุจะมีการเหนี่ยวนำในปริมาณที่เหมาะสม แผ่นข้อมูลมีตัวพิมพ์ใหญ่ต่อสายดินกับเทเชื่อมโยงกับพื้นด้วย 8 จุดแวะด้วยเหตุผล
Connor Wolf

1
ตัวแปลงพลังงานมี Vin และสวิทช์หมุดโหนดติดกัน ของแข็งเทลงภายใต้พวกเขาจะจับคู่บางอย่างสลับสัญญาณเสียงกลับเข้าไปในอินพุท (พินคู่ 1 และ 2, 11 และ 12 เป็นที่ที่ควรมอง) นั่นคือปัญหาอย่างน้อยหนึ่งเรื่องที่ฉันเคยเห็นในอดีต
ปีเตอร์สมิ ธ

คำตอบ:


3

การสลับโหนดนั้นสั้นมากซึ่งเป็นสิ่งที่ดี แต่ฉันไม่เข้าใจต้นขั้วที่มีร่องรอยต่อตัวเหนี่ยวนำคุณควรลบออกพร้อมกับจุดอ่อน GND เพิ่มเติมสองอัน มันมีประโยชน์ไม่มาก

แม้ว่าจะมีเลเยอร์ GND แต่ฉันจะไม่ทำให้ระนาบสีส้มเป็นไปตามตัวเหนี่ยวนำ ทำเช่นเดียวกันสำหรับ L1 เช่นเดียวกับ L2 ไม่มีอะไรภายใต้ตัวเหนี่ยวนำ คุณจะหลีกเลี่ยงการแต่งงานกัน

ฉันคิดว่าตัวเก็บประจุเอาท์พุทสูงเกินไป Semtech แนะนำตัว 44µF แบบทั่วไปและคุณอยู่ที่ 200µF ลองถอดตัวเก็บประจุ 150µF

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ลองเพิ่ม GND จุดจบของ C11, C62 และ C10, C42 ด้วยอย่างน้อย 2 GND แต่ละจุดเพราะถ้าคุณมีกระแส 3A มันจะไหลผ่านจุด GND เพียงสองจุดเท่านั้น เช่นเดียวกันกับ C4 decoupling cap ลองอย่างน้อย 2 GND vias

แก้ไข: ฉันไม่เข้าใจการใช้เฟอร์ไรต์บีดและ snubber ที่ส่วนท้ายของ SMPS FB ถูกใช้เพื่อป้องกันไม่ให้รางไฟฟ้าส่งเสียงกลับเข้าไปในรางไฟหลักตัวอย่างเช่นกับรางไฟ PLL แต่แรงดันไฟฟ้าหลังจากตัวเหนี่ยวนำหลัก une ควรอยู่ในช่วงการป้องกันเสียงรบกวนโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับราง 3.3V

คุณอาจมีเสียงเรียกเข้าเนื่องจากการใช้ FB อย่างไม่เหมาะสมดูที่ความถี่สะท้อน LC บนกระดาษของอุปกรณ์อะนาล็อกนี้: http://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/ferrite-beads-demystified.html


-2

การออกแบบมีการเรียกเข้าแบบคลาสสิกบนขอบสวิตช์ สาเหตุทั่วไปของการเรียกเข้าอยู่ในการเหนี่ยวนำกาฝากในทรานซิสเตอร์สลับซึ่งรูปแบบวงจรถังกาฝากพร้อมกับปรสิตอื่น ๆ เสียงเรียกเข้าเกิดจากการสลับขอบอย่างรวดเร็วเกินไป มีแอปพลิเคชันที่ดีหมายเหตุ 045 จาก Richtekที่มีเคล็ดลับหลายประการเกี่ยวกับวิธีลดหรือกำจัดปัญหา

อย่างที่ฉันสามารถเห็นได้ schematics อ้างอิงของผู้ผลิต (และบอร์ดทดสอบ) รวมถึงไดโอด "catch" (Schottky) ซึ่งขาดหายไปจากการออกแบบ ไดโอดปรสิตสามารถช่วยปรับเสถียรภาพ / ชื้นเสียงเรียกเข้าด้านสวิทช์ [แม้ว่าไดโอดเป็นตัวเลือกสำหรับตัวแปลงซิงโครนัส]

การสรุปผล: การออกแบบอ้างอิงของผู้ผลิต SEMTECH ใช้ "อุปกรณ์เสริม" PMED4030ER, 115 ไดโอดในบอร์ดทดสอบ / สาธิตซึ่งมีความจุกาฝาก 250 pF ที่ 1 V. Appnote Richtek 045 เกี่ยวกับ RC snubbers มาที่ RC ของคำสั่ง 330pF / 9 Ohms เพื่อระงับเสียงเรียกเข้า ดังนั้นจึงเป็นไปได้ค่อนข้างมากที่ไดโอดจะปรับปรุงทั้งประสิทธิภาพของตัวสลับและลดเสียงเรียกเข้า


4
นี่คือส่วนที่ซิงโครนัส ไม่จำเป็นต้องใช้ไดโอด
Matt Young

ในขณะที่มันอาจไม่จำเป็นในทางทฤษฎี แต่ในทางปฏิบัติ Schottky rectifier แบบขนานจะช่วยลดการสูญเสียใน FET ที่อยู่ในระดับต่ำดังที่อธิบายไว้ในกระดาษสีขาวนี้จาก Fairchild / ON, fairchildsemi.com/technical-articles/ ... ในขณะที่ ไม่พูดถึงไดโอด Shcottky แบบบูรณาการข้อกำหนดสำหรับ TS3001x IC โดยเฉพาะไม่ได้กล่าวถึงคุณสมบัติที่สำคัญนี้
Ale..chenski
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.