[参考译文] UCC29950：充电器板的 EMI/EMC 问题

您好！

我已将该主题分配给产品专家。 他应该尽快回到你身边。

此致

马尼坎塔

Ulrich

感谢您的详细答复。  我认为 L3可能会导致辐射问题、原因是我们使用监听器探头 在信号分析仪上测量发射 、并且我们 在 MET 实验室能够看到的相同频率范围内测量发射。 我还测量了 楔块中的总线长度、恰好非常接近 我们的30,000 -50 MHz 发射的四分之一波长、因此我讲授过 它可能会充当有效的天线。 我短接 L3并再次测试、排放未改善、因此可以安全排除共模楔块。  我们 想知道所有散热器是如何在监听器探头测量中表现出高发射的。 您的建议："一个可能的来源是 PFC MOSFET 的 dv/dt、它 在10ns 或更短的时间内几乎可以改变400V。"  对我来说、它 作为可能的发射源占据了更多的重量。  我们可将 R25的值增加到多高。 您能具体说明 R25与开关 时间之间的关系吗？ 我们的外壳是接地至接地的金属、因此您假设 PFC MOSFET 可能将噪声电流电容耦合到接地的假设可能成立。 需要精心设计的测试来检验你的假设,我乐于接受建议。  

此致、

沃森  

您好、Wosen：  

感谢您提供有关 EMI 测试的更多信息。  

我在 EMC 相关噪声抑制方面的经验有限、主要是降低传导 EMI、而辐射发射很少。  我的调试建议大部分基于一般原则、大部分涉及试错测试。  确定可疑原因列表、做出您认为应该会影响噪音的更改、并测试该更改是否有助于或损害排放。  始终一次只做一个更改、如果这些更改是独立的更改、则在进行其他更改之前还原以前的配置。  

也就是说、为了测试散热器是否正在将噪声传导到接地 GND、我建议将其断开、并将其与 GND_EARTH 隔离开。  尝试在将其悬空(电气未连接到任何东西)的情况下进行测试、如果以电气方式连接到 PGND、则如果连接到 BULK_HV。  评估每个建议测试的结果、以查看它们是否有利、然后再进行下一个测试。   

如果一个有利的结果解决了所有的问题,然后决定如何将其实施到生产中。  如果噪声仅部分改善、则尝试其他测试选项以查看它们是否更有利。  然后保持一个或两个有利的配置、尝试进行其他可以 进一步改善排放的更改。   

增大 R25只会减慢 Q1的导通 dv/dt。  增加 R24会影响导通和关断的 dv/dt、但大多是关断。   以较小的增量 每次更改一个电阻器、并在 进行下一次更改之前评估结果。  Q1的漏极电压(VDS)的 dv/dt 主要取决于允许流经 MOSFET Crss 的电流大小。   该电流由栅极电阻和 MOSFET 驱动器的峰值电流能力控制。   

UCC29950数据表未指定峰值 PFC_GD 电流、但可以根据 其上升时间规格进行估算：IPK = 1nF*0.6*12V/30ns =~0.24Apk。
该峰值电流乘以串联电阻 R24+R25可得出电阻两端的压降。  使用原始值时、Vdrop = 0.24A*5.2R =~1.25V。  
对于 PFC_GD 为12V 的输出范围(假设 VCC = 12V)、这种小的压降对 Q1的导通 dv/dt 没有影响、因为在 VDS 从~400V 下降到0V 时、所有的峰值驱动电流都可以流经 Crss。  要减慢 dv/dt 的速度、您需要通过 Crss 扼流栅极电流。   因此、必须将 R24+R25增大到栅极驱动电流减小的程度。   

Q1 Vds 在其 Vgs 达到导通阈值(通常约~5V)之前不会开始下降。  所有栅极电流都将进入为 Cgs (Ciss)充电、直到它在~5V 时达到所谓的米勒平坦区域、然后 Vgs 停止上升、所有栅极电流都在漏极电压开始下降时进入 Crss。   由于栅极驱动电压差现在约为12V-5V = 7V、因此您可以仅将 R25 (以保持关断时序不变(现在))增加到32R、以将栅极电流从0.24Apk 降低到~0.2Apk (7V/(3R +32R)= 0.2A)。  栅极电流减少~17%应该使 DVD/dt 减少17%。  
请注意、栅极电流降低也会减慢 Ciss 的充电速度、因此 FET 在每次开启时达到米勒平坦区之前具有更长的延时时间。   

这是 Q1的 dv/dt 控制原理、可以通过执行类似的数学运算来调整 R24的大小、从而减慢关断速度。  请注意、dv/dt 噪声来自+/-EMI、但更改 R24和 R25不仅会影响 dv/dt、还会影响不影响 EMI 的开/关延时时间、但可能会影响峰值电流限制等其他控制方面。  

此致、
乌尔里希

Ulrich

我们将 R25更改为33欧姆、我们看到发射减少。 然后、 我们将其更改为1千欧、当对小于4A 的电流进行充电时、EMI 会显著降低。 我们在充电时将放大<7A 电流固件 R18。 您能帮助我们理解为什么会这样。 我们理解1K 可能是太多的更改赌注、为什么它能在一个设置中工作、而不能在另一个设置中工作？

此致、

沃森

您好、Wosen：  

感谢您更新此情况。   
我不知道为什么将 R25更改为1KR 会导致电流检测电阻 R18熔断。  
R18发生故障的原因是功率损耗过大、这是由于导通时间过长导致电流过大。  

1KR 栅极驱动会显著减慢 MOSFET 的开通速度、而不是关断速度、所以我希望电感器中的电流更小。

是否确定更改了 R25而不是 R24？  R24处的1KR 会减慢导通和关断速度、从而允许 累积过多电流。
这会降低漏极电压两个边沿上的 dv/dt (可能是由于低 EMI)。  请确认更改了哪个电阻。  

如果确实是 R25发生了变化、请检查电感器电流(使用<4A 控制)以查看1KR 开启对电流的影响。

此致、
乌尔里希

Ulrich 您好、

我使用 R24 = 240欧姆和 R25 = 180欧姆对充电器进行了返工、我们获得了非常令人鼓舞的结果(使用<4.5 A 控制)。 但是、当我 使用 R24 = 1.3k Ω 和 R25 = 1K Ω 对充电器进行返工时 、电流感应电阻器 R18 烧坏。 我现在正在尝试两个电阻器的最佳组合、以便在不影响充电器工作的情况下通过 EMC 测试。 我乐于接受建议。

此致、

沃森  

您好、Wosen：  

很抱歉、我之前的问题和建议不清楚。  我不建议在 Q1的栅极驱动路径中使用任何高值电阻。

由于 D12阻断导通栅极电流、因此 Q1的导通时间由 R24和 R25之和决定。  
由于 D12传递关断栅极电流、因此 Q1的关断时间仅由 R24决定。   

由于这种不对称性、如果 R24 >> R25、那么导通和关断 dv/dt 的速率将大致相同、尽管一个为正(dv/dt 上升)、一个为负(dv/dt 下降)。   如果 R24 = R25、则开通 dv/dt 将为关断 dv/dt 的~1/2。  如果 R24 << R25、则导通 dv/dt 将<<关断 dv/dt。

第一个设计关注点应该是确保可靠运行、不受 EMI 影响。  您不能让 Q1 和 R18上的最坏情况应力如此高、以至于它们 有发生故障的危险。  在我看来、慢速开启和慢速关闭可能对 EMI 有利、但对可靠性不利。   此外、我认为慢速关断可能比慢速导通更糟糕。   

因此、必须首先选择 R24和 R25的值、以确保 Q1、R18和其他元件可靠地长期运行、 其次才能帮助降低 EMI。 您的原始栅极驱动设计具有3R 和2.2R、这导致运行良好但辐射 EMI 较差。   
我建议在栅极电阻增加时降低 dv/dt、但以小增量更改值并重新评估操作。  
  
我还建议重新评估散热器的接地方式、并尝试对其进行其他连接。 我不知道您是否尝试过此功能。  
报告了 在 R25处使用了33R、这对 EMI 有所帮助。    在 R25上使用1KR 可以进一步提高 EMI、但在高电流下烧毁 R18。  
这对我来说没有道理、因此我要求您验证您是否更改了 R25或 R24。  我没有得到答案。  

在~情况下、我的预期是任何大于100m Ω 150R 值都可能会显著减慢导通和/或关断速度、并导致 MOSFET 中的开关损耗更高。  EMI 可能会更好、但 Q1 可能 过载和不可靠。  
如果 R24过高、MOSFET 关断将非常缓慢、电感器电流的增加可能高于预期。  此电流流过 R18、可能使其过热、从而导致其发生故障。  

因此、我的要点是、在 R24和 R25开始 降低 可靠性之前、为了降低 EMI、可以增加多少 R24和 R25会受到限制。   
在这个限值下、必须使用其他方法来进一步降低 EMI、因为不能牺牲 EMI 的可靠性。   
更改 R24和 R25的值是降低 EMI 的非常简单的低成本方式、但一旦系统可靠性受到影响、就只能使用不太简单、成本更高的解决方案。  

我建议 R24 + R25 < 100R 总电压、但如果 Q1和 R18中的损耗变得太大、无法实现长期可靠性、那么即使是上述总和也可能过高。  

此致、  
乌尔里希

Ulrich 您好、

我们测试了包括散热器在内的接地连接的隔离、并将其悬空、但未看到排放方面的任何改进。

但是、我  在 R25处使用了33R 而未更改 R24、并且我们确实看到了排放的改进。

我理解 您的解释、将 R24和 R25增加到过高的值可能会导致可靠性问题、我 绝对不想降低 EMI 的可靠性。

我使用2个不同的 高值电阻组合测试了充电器、但两者都失败。  

1.R25 = 1KR、R24 = 3R  

2. R25 = 1KR 和 R24 = 1.3KR

上述两个组合均失败。

如何计算 Q1 和 R18上的最坏情况应力？

此致、

沃森

您好、Wosen：  

感谢您提供更多信息。  

如果您审阅我的上述文本、我建议不仅尝试将散热器与接地断开、还尝试将它们连接到 PGND 或 BULK_HV。  

有趣的是、当 R25 = 1KR 时、R18失败会影响开启 dv/dt。   我不会预料到这一点。   
请检查是否按照原理图中所示的极性安装了 D12。  如果反向安装、则会使 R25减慢关断 dv/dt 的速度、这可能会导致 R18发生故障。  如果如图所示正确安装了 D12、那么我必须承认我不知道是什么导致了 R18故障。   

我没有对 Q1和 R18进行任何应力计算。  我做了一些一般性陈述、过高的 R24和 R25值将导致 Q1和 R18上的应力。  需要通过检查这些器件上和通过这些器件的电压和电流波形来评估实际应力。  通过这些波形可计算实际功率损耗。   比较修改后的设计中的应力(较低 EMI、但可能会增加故障风险)与 原始设计中的应力(辐射 EMI 过多)、以确定允许的值变化量。   

此致、
乌尔里希

Ulrich 您好、

在我们的设计中、将散热器连接到 PGND 将不起作用、因为 PGND 的电压比接地高得多、比接地高特定50V。因此、将散热器连接到 PGND 并不理想。

我们将检查 D1的方向、我们还会将 修改后的设计和 CircleBack 中的应力 与我们可能遇到的任何其他问题进行比较。  

此致、

沃森

您好、Wosen：  

我建议您尝试将散热器连接到 PGND 、作为一项测试、看看它是否对辐射 EMI 有任何有利影响。  它不必是一个永久性的改变。  另外、还可以尝试使用大容量高压。
如果没有测量到显著的改进、则至少已经探索并关闭了该可能性。  如果有改进、则可以考虑 是否进一步调查可以连接散热器的位置、以控制噪声电流路径。  

此致、
乌尔里希

Ulrich 您好、

我们尝试了3款充电器、随后对 R24和 R25进行了以下更改

1.R24 = 3Ω 和 R25 = 2.2Ω(这是 原始未修改板中的底座)

2. R24 = 56Ω 和 R25 = 43Ω

 R24 = 240Ω 和 R25 = 180Ω

我们监控了全部三种器件的充电电流约为4.5A、还测量了 散热器和其他变压器的温度。

我们了解到、配置3 在散热器和变压器上的温升均与基准温度53-55 C 相同。

但是、配置2的散热器温度为65-75°C、而 该变压器处的散热器温度约为120°C、这太热。

我在两个不同的电路板上尝试了配置、并获得了相同的温度测量值。  

我无法将原理图放在这里、因为这是一个公开的形式。 但我可以将它私下发送给您、这样您就能看到我在谈论的是哪种变压器。

尊重，

沃森。  

您好、Wosen：  

我已经向您发送了一封电子邮件、以便您可以私下回复您的原理图文件。  

对于上述3种情况、#1 (基准原始设计)存在辐射 EMI 问题。   2号和3号两种情况都能解决 EMI 问题，还是只能解决其中一种问题，还是两种情况都不能完全解决问题？  我不确定情况是怎样的、因为我们似乎已经从 EMI 问题转向热问题。

此外还要注意：如果2类情况下的变压器温升从~55C 变为~120C、那么波形肯定会发生一些严重的变化。
大致说来、如果温度上升到两倍、总功率损耗必须翻倍、而变压器损耗是磁芯损耗和铜损耗之和。  
仅通过检查 变压器上的电流和电压波形、您才能确定增加的损耗是单独来自较高的 IRM 还是单独来自较高的 Δ- B 还是两者的组合。   

一般而言、我发现很难评估我向您提供的建议是否指向正确的方向。 我对更改值、更改连接、检查极性等提出了很多建议、但对于您尝试了哪些建议、结果是什么以及您拒绝尝试哪些建议、我没有收到太多反馈。  

为了让我更有效地帮助你,我需要知道我的建议和观察是使事情变得更好还是更糟。

此致、
乌尔里希  

Wosen、感谢您就此问题结束。   

我希望 EMI 解决方案不会引起其他重大问题、也不会产生 副作用。

祝您开发顺利。
乌尔里希