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[参考译文] LMZ14201H:EMI 问题

Guru**** 2508405 points
Other Parts Discussed in Thread: LMZ14203H, LMZ14201H, LMZ14201

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/928992/lmz14201h-emi-issues

器件型号:LMZ14201H
主题中讨论的其他器件:LMZ14203HLMZ14201

我们将 LMZ1420xH 系列用于许多应用。

正如原线程中所述、我们在60-70MHz 和200MHz 频率下会遇到 EMI 问题。

我们按照建议测试了不同的输出电容器组合、没有什么帮助。

最初、我们也遇到了很多传导发射问题、因此输入级滤波效果良好。

只需提及 数据表中建议的 LC 滤波器、如果远未如所述做出响应。

只有增加了大扼流圈和铁氧体磁珠、我们才能将其保持在限制范围内。

因此、我倾向于认为发射的 EMI 来自输出级。

但是、任何添加滤波器的尝试似乎都只会使情况更糟。

读取其他线程、我看到其他用户获得相同的结果、例如

我很高兴知道是否有解决方案、我们将大量使用此系列、但 EMC 合规性是一个重要的问题

 

  • 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。

    伊曼纽尔、您好!

    您似乎尝试了不同的高频输入电容器值/组合来降低噪声、但这还不足以满足您的设计标准?  

    只是为了在这里设置级、通常会从输入路径产生噪声。 输入电源、高和低 MOSFET 的开关以及输入引线电感的长度会产生噪声、然后封装寄生电容会将该噪声耦合到电路的 SW 节点上。 这实际上会导致开关波形上的 MHz-GHz 范围噪声、并可通过使用探针在器件周围"监听"来观察噪声。  

    通常、将高频电容器放置在靠近 VIN 和 GND 引脚的位置会降低在发射 EMI 和辐射 EMI 中产生这些噪声的有效高 di/dt 环路。 如果这不起作用、则可以使用输入滤波器来针对特定频率。 PCB 布局技术可用于进一步设计、通过屏蔽、屏蔽和接地技术降低 EMI 的稳健性。 最后、可以在输出端级联 LDO 以生成低噪声输出电压轨。  

    如需参考、请查看我们提供的一些应用手册:

    看看过去的 EMI 结果、这是什么输入电压条件? 当然、输入电压越大、SW 节点越大、辐射 EMI 也就越大。 我会为最坏情况应用设计滤波器、在满载时具有高输入电压。  

    此致、

    Jimmy  

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    你好、Jimmy、

    在采用不同 PCB 的不同产品中、LMZ14201H、LMZ14201H 和 LMZ14203H 这三个模块都具有相同的发射。
    我们的大多数产品都在24V 系统汽车环境中工作、均在28V 下进行了测试。

    辐射峰值为70MHz、略高于200MHz。

     此时、我们在输入线路上添加了铁氧体磁珠(针对低频进行了优化)、共模扼流圈(也针对低频进行了优化)、然后添加了 π 型滤波器、从而解决了传导发射问题。

    传导发射测试在10kHz 至10MHz 范围内执行、因此所述的滤波以某种方式起作用。

    我们使用大约280kHz 的频率将峰值保持在测试曲线范围内、在该范围内、限值处于10kHz 至500kHz 的下降斜率。

    在500kHz 至10MHz 范围内、我们仍然看到时钟谐波、但它们低于限制。

    π 型滤波器在输入端具有2个电容器、1U 和10U 陶瓷电容器、3.3uH 电感器和3个电容器、1U、10U 陶瓷电容器和35U 铝电容器。

    在 LMZ 输出端、我们使用2x47u 钽和1U 陶瓷。  

    根据 LMZ 数据表、π 型滤波器建议使用具有相同值的 LC 滤波器、旨在减少传导发射。

    但在实践中、当我们最初使用它时、它远远没有提供数据表中所示的图、我们必须添加扼流圈。

    奇怪的是70MHz 峰值非常清晰、整个图是平坦的、安静的、然后峰值从60MHz 开始、顶部在70MHz 结束、最后在80MHz。

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    伊曼纽尔、您好!

    为了在总结中重新阐明、您将使用推荐的3.3uH/1uH LC 线路滤波器进行传导读数。 但是、您不会传递发射、因为即使在使用输入滤波器和附加共模扼流圈之后、70MHz 和某些200MHz 以上的峰值也会达到限制线。 您的应用需要28VIN/11Vout @ 600mA、您在参考线程中展示了辐射 EMI 结果(原始问题)。  

    1. 不同 PCB 上的所有三种产品是否都经历了70MHz 左右和200MHz 以上的相同辐射峰值?
    2. 您是否曾尝试使用未接地的示波器探头并在电路板周围进行"嗅探"、以确定70MHz 噪声的来源可能来自何处? 否则、我建议这样做、以帮助确定70MHz 的频率来源。  
    3. 如果您尝试移除两个氧化铝电解电容器并将 C9尽可能靠近 VIN 引脚放置、您可能需要剃除焊层以靠近 VIN 引脚。 现在、通过参考线程查看 PCB 布局、输入滤波器采用的是远离输入引脚的 L 形电流环路。
      1. PCB 建议1:我要说的一点是 C9远离输入引脚。 在高频时、电容器和输入引线电感实际上可能会谐振、这会将噪声耦合到 SW 上并有效地增加 EMI 结果。 因此、始终建议将高频电容器尽可能靠近输入引脚放置。 如果我要重新设计 PCB、我会将两个铝电解电容器放置在电感器之前、并将 LC 滤波器移动到尽可能靠近 VIN 引脚的位置。 这样、具有高 ESR 的铝电解电容器会阻尼输入线路(因为电源可能远离 VIN 平面)、然后创建 LC 滤波器以进一步衰减开关电源噪声。
      2. PCB 建议2:我还会洒几个 GND 过孔、以帮助创建输入/输出屏障。 此外、在顶部和底部 PCB 上具有不间断的 GND 平面、而信号/电源平面位于中间层、这将导致噪声被有效地"夹在中间层中。 这将有助于降低辐射 EMI、因为有更多的接地平面有助于对噪声信号进行去耦。  
    4. 您的输入源来自什么? 它是有噪声的输入电源还是良好的控制和调节?  

    EMI 缓解设计可能相当广泛、需要进行多次实验室测试和迭代才能正确进行。 器件的开关谐波、PCB 布局、本地开关组件噪声耦合以及大量因素的组合可能会导致 EMI 结果。  

    此致、

    Jimmy  

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    你好、Jimmy、

    附加后、您可以看到我们使用的输入滤波器、输出47u 电容器为钽电容器、C9为铝电容器、所有其他陶瓷电容器。

    推荐的 LC 滤波器不够、为了通过传导发射测试、我们将讨论 CE102、我们制作了一个滤波器、其中包括铁氧体磁珠、扼流圈和一个3.3uH 的 π 型滤波器。

    测试确实是在28VDC 下进行的、在实际生活中、源极是汽车电池系统、但测试是使用电源进行的。

    我们在大约20种不同的产品中使用 LMZ、但到目前为止、我们仅测试了其中的3种产品、它们在70MHz 和200MHz 下都具有相同的峰值。

    不同应用中的输出电压不同、最低为11V、最高为16V。

    在我们使用 LMZ14201H 的电路中、电流为350mA 至700mA、使用 LMZ14201H 的电路为1.4A、使用 LMZ14203H 的电路中、我们有一个产品具有2.5A 电流。

    在大多数电路中、电流消耗是可变的、因为 LMZ 用作主电源。 例如、在1.4A 电路中、电流可以是50mA、700mA 或1400mA。

    针对所有模式重复进行测试、我们可以看到所有模式中的峰值、包括在待机模式下、其中电流仅为几毫安、电路中几乎没有其他工作。

    关于 PCB 布局、每个产品都不同、但 LMZ 本身和输出电容器非常相似、但由于空间限制、输入滤波器以不同的方式布线、对峰值仍然没有影响。

    我们使用的大多数 PCB 都是金属芯、双面。 我们不需要添加过孔、因为底部不能是接地平面、而是装配了其他组件。

    但是、当我写这篇回复时、我意识到3次测试的结果最差是来自2块 FR 板。 两者都是双面的、底部的大部分用作接地层、此外、我们还在顶部制造了一个大型接地层。  

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    伊曼纽尔、您好!

    我必须深入研究这一点、以查看 LMZ14201器件是否有任何历史记录存在类似问题。  

    我想指出的是、数据表中的 EMI 数据除了 LC 滤波器外、还展示了器件和 PCB 布局的组合、以获得这些 EMI 结果。 由于本地噪声源、输入/输出条件和 PCB 布局、您的 EMI 结果将有所不同。  

    同样、您是否有可能与电路耦合/谐振的本地噪声源? 除了 LMZ14201器件之外、您的 PCB 上还有什么开关吗?  

    您是否可以尝试在输出端添加 LDO 以帮助衰减噪声? 前面提到的应用手册显示了将 LDO 用作噪声输出滤波器的预期结果。

    否则、从一开始就重新设计 EMI 电路可能是有道理的。 您的衰减需求是什么? 从最初的帖子来看、问题似乎只有150MHz 左右的峰值、因为它超过了您的限制线。 70MHz 峰值是否也是一个问题、即使它低于限制线? 在添加输入滤波器(π 型滤波器和铁氧体磁珠)之前、电路板的传导 EMI 结果是什么? 电路板的传导 EMI 测试将有助于详细了解系统噪声级别、并让我们了解从何处开始。 我预计在开关频率下会看到峰值、之后子谐波会看到多个峰值。 然后、输入滤波器将根据公式12设计为衰减主开关频率、因为您提到了不同的电路板布局和不同的输出电压。 然后、我们可以开始添加更多高频电容器、看看这是否有助于降低更高频率的噪声。

    此致、

    Jimmy

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    你好、Jimmy、

    我们正在为重负荷应用制造汽车灯。 这些灯采用铝制外壳、接地良好、但由于灯需要熄灭、因此外壳中始终有部分允许 EMI 熄灭。

    LMZ 是唯一的振荡源、它被用作一个主电源来将车辆电压稳定在一个较低的电压、从这个电压源中、每个 LED 灯串由线性驱动器驱动。

    在某些产品中、我们使用 PWM 调光、但这不会影响测试结果。

    如前所述、峰值也会在待机模式下显示、此时 LED 处于关闭状态、因此即使是线性驱动器也无法工作。

    关于 EMC 测试、它是 MIL-STD-461。  

    在大多数情况下、较高的频率峰值低于限值、这是正确的、至少在根据标准的 E 和 F 版本进行测试时是如此。

    但我们最近的产品需要通过 G 版、该版本需要非屏蔽电缆。 我使用和不使用屏蔽电缆连接结果。

    看起来有些 EMI 会通过电缆发出、但会辐射而不是传导。

    关于 LDO 的使用、我认为即使是最低的也会有1.2V 的压降、0.7A 或1.4A 时、这将变为几瓦、从而增加了非常不必要的额外热量。

    当然、我们不确定 EMI 的源是否来自输出级。

    您是否认为我们对输入电容器使用的值过高? 最低值是1uF、可能会更改为更低的值?

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    伊曼纽尔、您好!

    如果我们保持电路不变、但尝试更改输入电容器值、这可能起作用、但需要进行多次测试/重新测试。  

    我建议使用低于1uF 的高频电容器来利用低阻抗陷波。  

    例如、下面是一个33nF 0402高频电容器的图像。 也许您可以尝试使用33nF 来查看70MHz 信号是否通过此高频电容器耦合到接地端。 这应有效地降低 EMI 结果、因为该电容器为噪声流过提供了高频低阻抗路径。  

    我要再次重申、该高频电容器(CHF)应尽可能靠近 VIN 引脚。 查看您的原理图(假设这是您布局 PCB 布局的方式)、33nF 应代替 C9。 您希望这尽可能接近 VIN 引脚的原因是为了减少来自 VIN 覆铜的 CHF 和 PCB 寄生电感与 VIN 覆铜的相互作用、这可以减少 CHF 的有效噪声衰减。

    为了进行测试、您可能需要剃除顶层的阻焊层、以使 CHF 尽可能靠近 VIN 引脚和 GND 覆铜。 这样做将减少高 di/dt 环路、并最大限度减少任何可能影响 CHF 的反激元件。  

    此致、

    Jimmy  

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    伊曼纽尔、您好!

    您对您的回复是否有任何更新/反馈?

    此致、

    Jimmy