L'influenza di commutazione di alimentazione forniture su EMC Performance nei dispositivi di consumo

I sistemi di controllo e di controllo sono in grado di fornire un'elevata efficienza di conversione su un ampio range di tensione di ingresso, mentre l'impiego di uno spazio di bordo minimo, li rende la scelta preferita per tutto, dai caricatori di smartphone e dagli adattatori di computer portatili ai power board e agli stadi di potenza del hub IoT.

Fondamenti di commutazione di forniture di energia e le loro firme di rumore

Un SMPS regola una tensione di uscita o corrente, passando un transistor di potenza tra stati completamente on e completamente spenti ad una frequenza che varia tipicamente da decine di kilohertz a diversi megahertz. L'energia viene immagazzinata in elementi induttivi e capacitivi durante ogni ciclo di commutazione e poi trasferita al carico rasonale. La rapida transizione tra stati ad alta corrente e ad alta tensione crea bordi taglienti che contengono ricchi contenuti armonici che si estendono bene nello spettro radio frequenza.

Come l'azione di commutazione genera rumore

Ogni evento di commutazione produce un transitorio corrente e un transitorio di tensione. La fonte primaria di rumore differenziale-mode è la corrente di ingresso pulsante disegnato dal convertitore. Quando l'interruttore si accende, un grande di / dt scorre attraverso il loop formato dal condensatore di ingresso, il dispositivo di commutazione, e il trasformatore primario (o induttore). Questo anello agisce come una piccola antenna loop, irradiando energia al telaio di terra appare e le sue armoniche.

Emissioni Radiate Versus condotte

Gli standard EMC, inclusi i CISPR 32 e FCC Part 15, distinguono le emissioni raggiate (tipicamente misurate da 150 kHz a 30 MHz) e le emissioni radiate] (misurate da 30 MHz a 1 GHz o più)

Paesaggio regolamentare e le implicazioni commerciali

I dispositivi di consumo venduti nella maggior parte delle giurisdizioni devono rispettare i limiti EMC. In Nord America, la FCC Part 15 governa i radiatori non intenzionali; in Europa, la Direttiva EMC richiede il rispetto di standard armonizzati come EN 55032. Il mancato rispetto di questi limiti può causare ridisegnazioni costose, lanci di prodotto ritardati e restrizioni sull'accesso al mercato.

Fattori chiave che influenzano le prestazioni EMC in disegni SMPS

Non esistono due topologie o layout SMPS che si comportano in modo identico da un punto di vista EMC. Diversi fattori intercorrenti determinano l'ampiezza e la distribuzione spettrale delle emissioni, e ognuno deve essere gestito attraverso un attento trade-off di progettazione.

Interruttore Frequenza e Topologia Scelta

Le frequenze di commutazione più elevate riducono le dimensioni dei componenti magnetici e dei condensatori di uscita, consentendo fasi di potenza compatte. Tuttavia, aumentando la frequenza di commutazione aumenta anche i limiti di di di/dt e dv/dt, che aumentano tipicamente la generazione di EMI. Inoltre, le armoniche di una frequenza fondamentale superiore sono più probabili cadere nella banda di misura delle emissioni irradiate, rendendo il filtraggio più impegnativo.

Layout PCB e la strategia di messa a terra

La disposizione fisica dei componenti sul circuito stampato è spesso il singolo fattore più impeccabile nel controllo dell'IME. Un SMPS poco disposto può generare un rumore eccessivo anche se lo schema del circuito è impeccabile. Le regole di layout critici includono minimizzare l'area di circuiti di commutazione ad alta corrente, mettendo il condensatore di ingresso più vicino possibile allo scarico e alla fonte del MOSFET di commutazione, e utilizzando un piano di terra solido su uno strato di ritorno adiacentelettrico adiaceleale.

Selezione dei componenti e gestione parassita

I MOSFETs con transizioni di commutazione più veloci generano un dv/dt più elevato e di/dt, che aumenta sia il rumore di coppia che quello di differenziale-modalità.

Contenitore e schermatura meccanica

Le emissioni di COLT (in inglese) che non possono essere eliminate a livello di bordo devono essere contenute nella custodia. Le custodie metalliche creano una gabbia di Faraday che attenua i campi elettromagnetici che escono dall'alimentazione. Per le custodie di plastica, i rivestimenti conduttivi o le scatole interne dello scudo possono essere utilizzati per coprire l'area SMbel.

Strategie di progettazione per migliorare la conformità EMC

Ingegnere un alimentatore di commutazione che passa alla prova EMC sul primo tentativo richiede un approccio sistematico che affronta le emissioni in ogni fase del ciclo di progettazione.Le seguenti strategie sono dimostrate di produrre miglioramenti misurabili sia nelle prestazioni condotte che irradiate.

Progettazione di filtri di ingresso e uscita

Il filtro EMI&, opportunamente progettato, è posto all'ingresso dell'alimentazione, attenua il rumore condotto prima di raggiungere la rete AC o la LISN. Un filtro tipico consiste in una combinazione comune-modalità combinata con i condensatori X (posto tra linea e neutro) e Y‐capacitors (posto tra linea o terra) e il filtro più basso deve essere progettato per presentare un'elevata impedenza alle correnti di movimento comune.

Circuiti di snob e Suppressione di anelli

L'anello di resistenza è una fonte comune di emissioni irradiate ad alta frequenza. Questa risonanza è causata dalla risonanza tra la capacità parassita del MOSFET e l'induttanza di perdite del trasformatore o dell'induttore.

Tecniche ottimizzate per la tessitura bassa EMI

Oltre alle regole di base di minimizzazione dell'area del loop e utilizzando piani di terra, le tecniche di layout avanzate possono ridurre ulteriormente le emissioni. Connessioni di kelvin per il circuito del gate drive assicurano che il loop del cancello non condivida un percorso di ritorno con il loop corrente di potenza, impedendo ad alta disabilità di accoppiamento nel circuito di controllo.

Modulazione del programma

La modulazione di frequenza di Spread-spectrum (SSFM) è una tecnica sempre più popolare per ridurre il picco EMI senza aggiungere componenti fisici. Variando deliberatamente la frequenza di commutazione su una piccola gamma (tipicamente ±5-10 % della frequenza nominale), l'energia che altrimenti sarebbe concentrata in una singola frequenza fondamentale e le sue armoniche si diffonde in una larghezza di banda più ampia.

Test, misura e pitfalle comuni

Anche il SMPS più attentamente progettato può esporre picchi di emissione inaspettati quando testato in un prodotto reale. Capire i casi comuni di misura aiuta gli ingegneri a debug guasti rapidamente.

Test di conformità completa del Versus di pre-compliance

Molti team di sviluppo investono in una configurazione pre-compliance utilizzando un analizzatore di spettro, un LISN e un set di sonde vicino al campo per identificare e risolvere i problemi di emissione prima del test di certificazione finale.

Fonti comuni di emissioni a sorpresa

Un altro fattore comune è ] che si adatta alla capacità di intervento del trasformatore. Anche una piccola capacità parassitaria tra gli avvolgimento primario e secondario può fornire un percorso per gli strati di corrente comuni di flusso al carico e poi a terra, bypassando il filtro di ingresso più lungo.

Conclusione e direzioni future

I sistemi di controllo elettromagnetico, che possono essere utilizzati per la gestione del rumore, e che possono essere utilizzati per la gestione del rumore, e per la loro eliminazione, possono essere utilizzati anche in modo più rapido.

Per gli ingegneri che cercano una guida pratica più approfondita, il sito web Electronic Design offre una ricchezza di articoli focalizzati sulle applicazioni sulla progettazione dell'approvvigionamento energetico e sulla mitigazione dell'EM. Inoltre, gli aggiornamenti e le linee guida di prova standard sono regolarmente pubblicati dal CISPR]]], rendendolo utile per i team di design a rimanere attuali con requisiti normativi in evoluzione.