Consejos para usar un regulador de conmutación en una placa donde EMI debe mantenerse al mínimo

Esta es una pregunta compleja sobre la que se han escrito libros enteros. Muchas notas de aplicación de TI, Maxim y LT también hablan de este problema. Intentaré destilar a un par de consejos / notas:

• Para dividir su problema, tiene dos clases regulatorias de EMI de las que preocuparse: conducido e irradiado. El primero, como sugiere su nombre, es el ruido que se realiza a lo largo del sistema, a través de los lados de entrada o salida del convertidor. El último es el ruido que se irradia desde el circuito de conmutación.

• Hay un 100%, inevitable de ruido en un circuito SMPS tradicional de conmutación dura. No puedes eliminar este ruido, solo mitigarlo. Su objetivo (probablemente) es mitigar lo suficiente como para pasar las pruebas CISPR / FCC, pero quizás necesite ser aún más silencioso para su aplicación.

Pensando en las fuentes de ruido (de este documento fuera de Missouri UST ):

1. Realizado a través del lado de entrada de CC
2. Realizado a través del lado de salida de CC
3. acoplamiento / emisión de campo E desde el nodo de fase (nodo de conmutación)
4. acoplamiento de campo H desde el pequeño bucle de conmutación

Parael#1,debebuscar"Diseño de filtro EMI de entrada" (la nota de la aplicación vinculada anteriormente cubre parte de ella). En mi experiencia, esto es algo que puede simular, pero es posible que también deba determinar empíricamente los valores finales de los componentes en el laboratorio. Cuando se usa un filtro de entrada, también se deben considerar los efectos sobre la estabilidad del convertidor.

Para el # 2, esto es inevitable, esto es, por supuesto, un convertidor de conmutación. Siempre habrá una ondulación fundamental en la frecuencia de conmutación. Puede ajustar el valor de su inductor y los valores de límite de salida para minimizar esta ondulación. El uso de LTSpice / PSPICE para simular los efectos de varios filtros de salida en su ondulación será útil.

Para el # 3, esta es la fuente de las emisiones de banda ancha de alta frecuencia de un SMPS en el rango de 100s de MHZ. Esto se debe a los parásitos del diseño (imagen de abajo tomada de la nota de la aplicación Maxim):

Conalgunosgestosysimplificaciónexcesiva(parafinesdeilustración):

LostanquesRLCsonoscilantes,comopuederecordar,yenestecaso,lafrecuenciapuedeestarenlos100sdeMHz.Para"resolver" el # 3 (mitigarlo), recomendaría buscar "amortiguadores RL o RC en el nodo de nodo / conmutador de fase": hay notas de aplicaciones de proveedores que cubren cómo diseñar estos. Estos dañan la eficiencia ligeramente, pero pueden atenuar severamente el ruido generado. También puede ser necesario un escudo para atenuar estas emisiones.

Además, el entierro de su nodo SW puede ayudar (tanto para el # 3 como para el # 4): cambiará una pérdida por resistencia, pero hará que el cobre sea lo más pequeño posible, y enterrándolo dentro de su tablero en una capa interna También te doy un poco de protección.

Para el # 4, su objetivo es minimizar el tamaño de su ciclo de conmutación. Busque las notas de la aplicación en el diseño del bucle de conmutación. Aquí hay algunos diagramas de (10.1109 / TEMC.2011.2145421) que ilustran diferentes tamaños de bucles:

A menudo, las hojas de datos + notas de la aplicación para los controladores SMPS harán todo lo posible para recordarle que mantenga ese bucle lo más humano posible. El uso de un dispositivo FET que combine el HS + LS en un paquete también ayuda a este respecto. Esto minimiza la CSI y los parásitos del nodo SW, al menos entre los dos interruptores de alimentación, lo que ayuda considerablemente a frecuencias de conmutación más altas. También es posible que deba considerar la acumulación de PCB aquí: un dieléctrico delgado entre L1 / L2 ayudará a reducir este tamaño.

Una última palabra de advertencia : no tome ninguna nota o documento individual de la aplicación de forma aislada. Todos se están enfocando en un problema específico de una manera específica. Depende de usted sintetizar esos datos y adaptarlos a su aplicación específica, teniendo en cuenta sus requisitos y lo que está tratando de hacer.

No tengo tiempo para escribir una respuesta súper detallada sobre cómo resolver cada una de las áreas, y para ser honesto, gente más inteligente que la que he explicado detalladamente sobre cómo atacar cada parte, respaldada por la teoría. Si hay interés, puedo reunir una bibliografía de los documentos + notas de la aplicación + libros que utilizo para atacar mis problemas.

Comience con la parte SMPS.

Una salida interpolada puede ayudar a distribuir la salida de potencia en todo el espectro, como en el MIC2250. LT también tiene una cantidad de partes MP comercializadas como de bajo ruido: enlace

Esta nota de aplicación de TI debe cubrir lo que necesita saber sobre los filtros. enlace