您好！
我有一位客户的设计使用 BQ24170、启用后会导致 EMC 问题。 在将 EMC 测试结果与 EVM 测试结果进行比较时、您可以看到它们都在相同频率下发生故障、而在 fsw ~1.6MHz 下发生主要故障。 EVM 提供了 BTST 和缓冲器、但我们正在寻找有关在 TI EVM 中使用哪些值来减少辐射的指导、以便在客户设计中使用类似的解决方案。 请提供建议。
Tony
尊敬的 Jeff：
这是客户 Lance。 感谢您和 Tony 的帮助、 非常感谢。
我想强调的 是、我们现在只是尝试让 TI 评估板 BQ24170EVM-610-15V (EVM)通过 EMI 测试。
我们为什么要测试 TI EVM？ 我们自己使用此器件的电路板出现故障、我们最终确定这是由 BQ24170 1.6MHz 开关频率的谐波造成的。 在调整电路板布局之前、我们想知道该器件是否可以通过、我们想知道需要哪些关键成分。 我们以 近乎理想的布局(关键因素之一)来确定 TI EVM 、它是进行此"证明它可以正常工作"测试的正确工具。
因此、本主题中的讨论应完全涉及 TI EVM。 如果我们可以使其正常工作/通过 EMI、则可以放心地重新布局我们自己的电路板。 这是我们的思考过程。
在我们的所有 EMI 测试中、EVM 配置为以4A 为2节约10Ah 的锂电池充电。 所有测试均在对放电最频繁的电池充电时运行(即 BQ24170处于恒定电流充电状态)。 电池的电缆长度约为4英寸。 我们已验证输入电压(来自稳压电源)是否稳定/稳定-无奇怪的振荡或振铃)。
开箱即用 的 EVM、只需进行一次修改即可将充电电流增加到4A、但无法通过 EMI 测试：
您可以看到故障频率都在100-400MHz 之间。 如果我们实时放大这些频率中的任何一个、我们会看到一个小峰值组合、由1.6MHz 开关频率隔开、因此完全可以清楚地看到故障频率与 BQ24170开关相关。
注意： EMI 图的解释：
顺便说一下、 上述结果与我们自己电路板的 EMI 结果非常相似、 其布局与 TI EVM 非常不同。 这使我们认为 BQ24170必须存在一些基本问题、而要解决这些问题、只需将我们自己的电路板布局改进为更理想。
为了回答有关 EVM 的输入/输出电缆像天线一样辐射的问题、 我们对其中一个 EVM (我们购买了多个 EVM)进行了返工、以便在输入和输出端添加非常好的共模扼流圈-输入/输出电缆直接连接到扼流圈。 扼流圈 PN 为 Murata BNX022-01L、在100-400MHz 区域具有很好的衰减：
使用扼流圈对 EMI 没有太大影响-可能是峰值测量形状的细微差异(顶部图)、但仍有大量测量的准峰值故障频率(底部图)：
结论： 添加 EMI 扼流圈以消除电缆辐射发射几乎没有效果。 因此、EVM EMI 问题与输入/输出布线无关。 顺便说一下、我有许多其他 EMI 近场监听数据表明 EVM EMI 问题不是电缆辐射的问题。 实际上、整个 EVM 板看起来就像一个大散热器。
我们使用 BTST 电阻器进行了一些快速实验、 这实际上没有任何效果。
Jeff、您建议屏蔽、作为尝试的东西。 我们考虑了这一点、但对 EVM 执行此操作看起来不切实际。 要放置有效的屏蔽层、需要将其连接到屏蔽层周围的公共接地端。 TI EVM 具有两个不同的接地域(模拟 GND 和电源 GND)、 因此实际上无法在 EVM 电路周围画一条线、也无法一直将屏蔽层向下嵌到仅仅一个接地端。 此外、电路周围还有许多其他非接地信号覆铜区域：
我们认为、为了添加一个有效的屏蔽、我们必须设计一个定制板、在电路区域周围的一个接地域中加入适当的"通孔环"、 以便屏蔽可以通过通孔连接到一个接地域中 (也许我应该把它们称为通孔)。 由于我们正在尝试使现有的 TI 评估板工作、我们现在放弃了使用屏蔽进行实验的想法...
接下来、我们尝试根据以下白皮书中的设计过程添加缓冲器： http://www.ti.com/lit/an/slyt465/slyt465.pdf (我认为这与您参考的应用手册中提到的步骤相同)。 我们在 EVM 中测量的振铃频率为180MHz、按照设计过程、最终得到680pF 和3.75欧姆的子波器组件。 在示波 器上查看时、向 EVM 添加这些缓冲器组件确实有效地消除了开关信号中的180MHz 振铃(使用1GHz 极低电容有源探头的1.5GHz 示波器)、但并未解决所有 EMI 问题。 下面是安装了缓冲器的 EMI 扫描：
您可以在上面的图中看到、实际上缓冲器确实在~180MHz 区域下推了一些东西、 但在较低的频率下没有什么帮助、似乎它将300-400MHz 范围提高了一个位(我之前已经看到过、缓冲器有效地达到了它们设计的频率、但随后又在其他频率上推高了)。 这一点都不奇怪、因为本例中的缓冲器仅用于抑制单个180MHz 振铃频率 、而不是 EVM 板发出的广泛频率。
作为一个快速实验、我们将缓冲器"增加三倍"： 三个680pF 电容器并联、三个3.75欧姆电阻器并联。 这不会改变缓冲器的转角频率、但在高于缓冲器转角频率的频率下、肯定会从开关节点中抽取更多能量。 目的是查看我们是否可以消除300-400MHz 频率、 我们确实做到了：
因此、TI EVM 似乎需要缓冲器来控制 EMI。
但从上面的图中可以看到、即使使用三路缓冲器(C=2040pF、R=1.25)、TI EVM 在低于180MHz 时仍然存在问题。
我们认为下一步应该是增加三路缓冲电容、将转角频率降低到大约120MHz。 这意味着一个阻尼器电路的电阻约为3000pF 和1.25欧姆。
我们尚未对此进行测试、但希望了解您对这些组件值及其是否适合 BQ24170 (以及 EVM 板 EMI 情况)的看法、尤其是在以4A 最大充电电流运行时。 请发表评论，谢谢！
底线是、我们认为"强缓冲"是使 TI EVM 板通过 EMI 的方法。 我们希望您/TI 能够彻底检查这确实是您在 BQ24170器件的客户中看到的普遍趋势-它通常需要一个缓冲器。 您的这一指示将有助于我们确信、我们可以使器件在我们自己的电路板中成功工作。
非常感谢您的帮助！
兰斯
Lance、
很抱歉、您需要重复发帖。 该论坛有一个分段区域、用于预先筛选新帖子/大型帖子、以防止垃圾邮件。 关于 EVM 的 EMI、我们从未针对 EMI 对这些特定 EVM 进行过测试。 过去、我们 省略了 EMI 降低组件、以便将运行所需的最小组件和最高效率推向市场。
对于1、SW/PH 节点上的大电容将显著降低任何降压转换器的效率、并且可能不切实际。 IC 具有热调节功能、因此只需降低电流即可防止损坏。
关于2、我不知道大多数客户是否经常需要使用缓冲器、也不知道是否需要使用此 IC。 大约 9个月前、我才开始支持此产品、这是我首次被问及此问题。 我的前任没有留下有关 EMI 的常见问题的备注、因此我假设 EMI 不是使用屏蔽层、或者大多数客户使用屏蔽层。
关于3、这款较旧的 EVM 具有更大的电容器尺寸、电感器放置在靠近 IC 的位置。 我建议如下所示添加0.01-0.1uF 去耦电容器 、然后为 R20添加一个5 Ω BTST 电阻器。 然后返回并调整缓冲器的大小。
您还可以在用于 VCC 和 BAT 的 EVM 端子块上添加相同的去耦电容器。
关于4、 使用二极管来提高效率。 内部低侧 FET 体二极管在死区时间短暂导通。 在这段时间内、外部肖特基二极管将压降从600mV 降至300mV。
关于 5、 数据表报告 典型最大占空比 为97%。 您可以使用下面的公式来计算最小输入电压。
VPVCCmin = VBATmax/97%+ ICHGmax x (RDSON-HSFET + DCR)
但愿这对您有所帮助。 请告诉我是否可以提供进一步的帮助。
此致、
Jeff
