[参考译文] TPS40305：3.3V 开关 EMI 问题

您好、Sahil、

   无论如何、我可以看到的一个明显的现象是、缓冲电阻器和电容器应放置在电感器的 SW 节点侧(即连接 FET 的电感器侧)。 原理图显示了与电感器输出侧的连接、这使得缓冲器实际上无用。 这将极大地有助于振铃、从而有助于降低 EMI。

此外、您能否分享 EMI 测试的频谱图、以便了解我们的噪声量？

此致、

Gerold

Sahil Nayak 

160MHz 噪声几乎肯定与 FET 导通或关断时的开关节点振铃有关。  这是因为与 FET 串联的寄生电感与开关节点的寄生电容相环、从而产生频率极高的谐振荡。

您的原理图显示了3个输入电容器、2x 10uF 和1x 1.0uF。  在160MHz 时、这些都不是特别适合绕过输入电压。  我可以看到2个10uF 电容器(C202和 C203)、但我看不到 C131、即1.0uF 电容器。  由于高侧 FET 的漏极和源极都有过孔、因此将其中一个10uF 旁路电容器移至电路板的背面会填充一个 C202所在的2.2-10nF 0402电容器、 以提供更好的 VIN 到 GND 的高频旁路。

向 SW 节点(串联电阻器 CAN 电容器)添加缓冲器有助于抑制开关节点振铃、方法是先吸收能量、然后再进行辐射。  下面是一个根据实验室寄生效应测量结果设计缓冲器的链接： https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/05/05/calculate-an-r-c-snubber-in-seven-steps 如 Gerold 所述、缓冲器需要脱离开关节点。  Gerold 将补偿组件误认为接地、并认为它们是您的缓冲器(R79和 C135)

您的栅极驱动器和自举电阻器(R271、R89和 R85) 似乎已设置为降低开关节点的速度并减少振铃、但它们可能太大而无法有效、尤其是36欧姆时的 R85。  这些电压可能非常大、以至于它们在启动期间会断开栅极驱动、实际上会增加振铃、而不是减小振铃。  我建议尝试将这些电阻降至2.2 Ω、看看这是否有助于缓冲器和输入旁路的结合。

将这些引脚连接到 IC 的迹线也非常细。  虽然这可能与噪声问题无关、但最好将这些走线扩大到 IC 引脚0.2mm 宽的 LEAS 处。

您需要多少钱来降低160MHz 噪声？

您好、Gerold/Peter、

感谢您的回答。

我们最近捕获了 SW 节点波形、以检查是否存在振铃。 我要附上一个波形、供您参考。  除了随附的快照中所示的电压骤降外、我们没有观察到任何振铃。

此外、C131正好放置在 TPS40305 IC 引脚附近。

我们实际上通过添加栅极驱动和自举电阻器来减少振铃。

此外、请查找随附的频谱图以供您参考。

大家好、

对此进行了任何更新？

是否有对先前连接的波形的反馈？？

Sahil Nayak 

感谢您提供波形。  是的、关断看起来非常缓慢且平稳、下降时间约为10ns、关断时的共振振振铃极小。  此类高 HDRV 和 BOOT 电阻的问题更多地在于 SW 节点的上升沿、在该节点上、如果栅极驱动电流限制过大、高侧 FET 将导通、 当漏源极电流上拉 SW 节点并折叠栅源极电压时、它可能导致 FET 关断。  这可能会导致开关节点随着开关节点的上升而振荡。  如果您已经检查过、并且开关节点的上升沿具有类似的10ns 上升时间、那么在负载下、开关节点似乎不是问题原因、电路中有一些其他元件以这种高频率谐振。

您是否能够在设计周围移动辐射 EMI 探针来尝试确定峰值噪声来自何处？  如果不是、您可以通过将一些裸线缠绕在示波器探头的金属接地管上、然后将末端回探头尖端来构建自己的辐射环路探头。  然后、在示波器运行的情况下、将环状探针尖端围绕电路移动、尝试确定有问题噪声的峰值位置。

您说 C131靠近 IC。  为 IC 的输入电压提供滤波、但不绕过功率 FET Q9/Q8的输入电压。  由于只有 C202和 C203绕过 Q9漏极至 Q8源极、我们可以看到 FET 和陶瓷旁路电容器的 VIN 节点处出现振铃。  我计算出输入电容器上的输入 RMS 纹波电流约为4.3A、这一数值远仅为1个10uF 输入电容器、但作为一个实验来查看这是否是问题、您能否尝试移除 C202并将其焊接到 C203之上、 然后在 C202所在的位置安装一个10nF 0402电容器、并将其尽可能靠近 Q9的漏极和 Q8的源极进行移位、以查看这是否会降低 VIN 上的脉冲负载电流产生的噪声？

高频辐射噪声的另一个可能来源是5V 输入走线。  在 C202/C203输入电容器附近、是否有任何更高的 ESR 旁路电容器、例如大容量电解电容器、从5V 到 GND？  是否有与5V 输入串联的铁氧体磁珠？  这些电路元件有助于控制转换器附近的高频噪声、从而限制其天线区域将该噪声辐射到周围区域。

尊敬的 Peter：

感谢您的回答。

我们看到 C202和 C203电容器附近出现了最大峰值噪声、如随附的快照中所示。

我们将按照您的建议添加一个10nF 电容器来执行测试、并返回给您结果。

此外、我们在 C202附近的5V 电压轨上没有电解电容器、但我们确实有一个47uF 陶瓷电容器、如随附的快照中突出显示。 此外、我们没有任何铁氧体磁珠。  

Sahil Nayak 

您是否运行了其他测试？

性能如何？