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[参考译文] TPS5430:TPS5430辐射 EMI

Guru**** 2529670 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS5430

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/749302/tps5430-tps5430-radiated-emi

器件型号:TPS5430

您好!

我在我的产品中使用您的 TPS5430直流/直流转换器。 我去认证中心测量辐射 EMI。 结果不佳、并且出现超过40dBuV 的大尖峰(根据 CISPR22的限值)。 最后、我发现问题出在直流/直流转换器、因为在连接外部5V 电源后、问题消失、 结果正常。

这是怎么可能的? 我根据您的规格进行了布局。 有什么方法可以解决辐射 EMI 问题?

这是我的原理图。

 

此致

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    您好、Ninoslav、

    请转发您的布局以供审核。 此外、您还可以阅读这篇有关 EMI 的文章系列(尤其是第4部分有关辐射发射)。
    www.how2power.com/.../EMI_Guide.php

    此致、
    Tim
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    您好、Timothy、

    感谢您的回答。 这是我的布局(我仅展示 了顶部平面)。 可能有些东西与 TPS5430数据表中的布局示例不符、但我认为这不会在辐射 EMI 测量中产生此类差异。  也许应该添加一些外部组件或其他组件?  请给我一些建议。

    此致、

    Ninoslav

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    您好!

    以下是我们的测量:第一张图片显示了使用外部5V 电源时的辐射发射。  第二张图片显示了 TPS5430运行时的辐射发射。

    此致

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    您好、Ninoslav、

    以下是一些选项:

    (1)尝试添加一个与引导电容器串联的小电阻器(例如10欧姆)、以降低高侧 MOSFET 的导通速度。 这会降低 SW 节点电压的 dv/dt。 或者、您可以在 SW 与 GND 之间添加 RC 缓冲器、以实现类似的效果。

    (2)减小高侧 MOSFET、续流功率二极管和输入电容器的环路面积、因为该环路具有高 di/dt。 在第2层上、在第1层功率级组件的正下方放置一个完整的 GND 层、并使用较低的层间距(例如6mil)。

    (3)使用屏蔽式电感器来减少电感器的发射。

    此致、
    Tim
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    您好、Tim、

    感谢您的回答。 我不确定添加启动电阻器还是 RC 缓冲器是否可以解决问题。 这是我们的第四个。 修订版、如果您的建议不是一 个确切的解决方案(因为您的第一个建议)、我很害怕。 选项甚至不在数据表中)。 我在 该组件正下方的底层上有完整的接地层、环路不是很大、因此会导致此类 EMI。

    或许解决方案是一些噪声更低的直流/直流转换器?

    为了 防止发射、我尝试在输入端添加 π 型 LC 滤波器、结果甚至更糟(请查看图片)。 可以通过两种现象来描述此类行为:

    1) 1) 电感器作为 π 型滤波器的一部分是非屏蔽的、这是辐射的原因。

    2)与高功率 MOSFET 漏极串联的电感 器会在 MOSFET 关断时产生破坏性反电动势(对于此直流/直流转换器、每隔1 / 500 000次发生一次)。

    欢迎提出任何建议。

    此致

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    您好、Ninoslav、

    最好只对降压电感器和输入滤波扼流圈使用屏蔽式电感器。

    看起来您在85-130MHz 区域发生了故障。 这通常对应于开关波形上升和下降时间。 为了降低 SW 节点电压上升的 dv/dt 和尖峰过冲、一项简单的测试是将10欧姆电阻与引导电容器串联。 请发送 SW 节点电压波形以供审核(使用探针尖端和桶形方法测量-移除接地引线)。

    另一个重要点是将一个10-100nF 输入陶瓷电容器从 IC 的 VIN 引脚连接到 D9的阳极(C3和 C4当前位于此处)。 陶瓷电容器具有低 ESL 和高自谐振频率、通常比通常具有很高 ESR 和 ESL 的电解电容器更好地对高频开关电流进行去耦。

    PS:您是否通过了传导 EMI (150kHz 至30MHz)?

    此致、
    Tim

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    您好、Ninoslav、

    您已经犯了一些严重的布局错误、这些错误对于高电流高频开关来说是致命的!

    C3和 C4必须直接连接(!) 引脚6和引脚7之间! 每毫米都很重要! 但您的连接太长了! 为什么您没有遵循数据表图20中所示的建议布局?

    然后、查看反馈电阻器 R14和 R15与输出滤波器电容器的连接:您已将它们连接到电感器输出、而是连接到输出滤波器电容器! 但这一点比输出滤波电容器的端子噪声大得多。 更糟糕的是、您可以从电感器输出端连接到连接器 J5。 任何连接到 J5的电缆都会辐射这个有噪声的电压! 同样、您为什么没有遵循数据表图20中所示的建议布局?

    很抱歉这么说、但使用此布局时、您没有通过 CE 测试、这一点并不奇怪。

    在进行下一版布局之前、请仔细查看数据表图20中的建议布局...

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    我想我们发现了这个问题。 :)在更改布局之前:是否需要预测 RC 缓冲器和启动电阻器的封装,尽管数据表中没有提到这些封装? 此外、是否需要外部滤波器来防止辐射 EMI?更改布局后、我将附加滤波器以供查看。

    本产品使用金属外壳、应连接到保护性接地端。 我发现、在某个位置、将电容器从 PCB 信号 GND 连接到金属外壳(保护性接地)是一个很好的选择、以减少辐射 EMI。 是这样吗?重点是什么?

    此致、感谢您的所有帮助、

    Ninoslav

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    您好 Tim、您好 Kai

    我将向您发送原理图和布局以供查看。 我根据数据表进行了布局、并包含了启动电阻器。 请说明一切是否正常(C2、C3和 C22为陶瓷电容器、C5和 C6为钽电容器)。

    此致、

    Ninoslav

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    您好、Ninoslav、

    看起来更好。 确保 IC DAP、二极管和输入电容器通过连接到内部 GND 平面。 10uF 输入电容器- 1206的封装尺寸是多少? 如果是、没关系。 0805在施加电压时具有较高的电容压降、因此首选1206/1210。

    此致、

    Tim

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    您好、Tim、

    感谢您的回答。 请您再回答一个问题。

    本产品放置在金属外壳中(外壳连接到保护接地端)。 下面是一个问题: 金属外壳(连接到 PE)是否应该以任何方式连接到数字 GND 层?  我已经阅读了无数的应用手册和布局指南、但似乎每个人都有不同(有时似乎相互矛盾)的建议、那就是如何将这两个平面耦合在一起。

    到目前为止、我已经看到:

    • 在电源附近使用0欧姆电阻器将它们连接在一起
    • 在电源附近使用单个0.01uF/2kV 电容器将其连接在一起
    • 将它们与一个1M 电阻器和一个0.1uF 并联电容器连接在一起
    • 使用0欧姆电阻器和并联0.1uF 电容器将其短接在一起
    • 将它们与 I/O 附近的多个0.01uF 并联电容器连接在一起
    • 直接通过 PCB 上的安装孔将其短接在一起
    • 将它们与数字 GND 和安装孔之间的电容器连接在一起
    • 通过 I/O 连接器附近的多个低电感连接将它们连接在一起
    • 使它们完全隔离(不在任何地方连接在一起)

    在其他产品中、我使用230V/50Hz 电源、但问题是相同的-不知道解决此问题的最明智方法(考虑到 EM 辐射和抗扰度)。

    如果您了解更多信息、请给我一些建议。

    此致、

    Ninoslav

    P.S.现在、我将数字 GND 和金属外壳与金属化安装孔上的电容器连接在一起。 请查看图片。