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[参考译文] TPS23754:EMI;开关波形

Guru**** 2383960 points
Other Parts Discussed in Thread: PMP9563, TPS23754EVM-383, TPS23734EVM-094, TPS23756EVM, TPS23754, PMP10288
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https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1240672/tps23754-emi-switching-waveforms

器件型号:TPS23754
主题中讨论的其他器件: TPS23734EVM-094TPS23756EVMPMP10288、PMP9563、 PMP7452

我们的电路板是基于 PMP5818 ACF 设计设计的。 可以正常工作、但 EMI 问题在30 -50 MHz 范围内。 我已经附加了主开关晶体管和钳位晶体管的波形示波器迹线。 似乎没有任何可能导致30 MHz EMI 的振铃。 但可能会在波形的下降沿出现该干扰。 这些波形是您在此设计上期望得到的波形吗?

此外、我在 TI 网站上查看的 ACF 参考设计都没有在主开关和钳位晶体管上使用缓冲器。 它们在这些晶体管上有什么用吗?

谢谢

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    尊敬的 David:

    感谢您的联系!

    EMI 测试过程中是否连接了任何适配器? PD 开关频率~ 250kHz、通常其本身在30 -50MHz 时几乎不会导致高幅 EMI。

    以下应用手册可能有助于解决 EMI 问题:

    www.ti.com/.../slua454.pdf

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diang:

    这是一个隔离式设计、我已经看到一个适用于隔离式设计的类似应用手册 slua469。

    使用监听探针检查电路板时、电路板上的最热点是变压器、50 MHz 下方的频谱非常明显。

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:

    感谢您提供更多信息。

    您的意思是直流/直流转换器变压器还是数据变压器?  

    有时我看到、直流/直流转换器变压器附近的空间噪声最大、但它应该与开关频率相同。 虽然、可能会有一些更高阶的谐波、但在 x 0 MHz 范围内振幅应该非常低。

    在许多情况下、添加扼流圈和磁珠是降低 EMI 振幅的有用方法。 此外、我可以知道您的 BOB-Smith 接地端与何处连接吗?  

    此致、

    帝昂

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    我指的是直流/直流转换器变压器。  

    Bob Smith 接地单点连接到电路板主接地、在 RJ45的另一侧、来自 PoE 电源。

    我在以太网桥到 PoE 电源的输入端使用两个铁氧体磁珠、如 PMP5818设计中所示。

    BTW、忘记回答您先前的问题了:对于 EMI 测试以及正常操作、电路板仅通过 USBC 电缆连接到以太网和 iPad。

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:

    感谢您提供更多信息。  

    在电压波形中、看起来它们是 Q3和 Q2的漏极/源极电压。   

    这两个 MOSFET 的关断电压= Vin/(1-D)。 以您的情况为例、它大约为80 - 90V、而 D =~45%。 这会提供~47V 的输入电压、这对于 PoE 输入电压而言是合理的。   

    对于与主 FET (Q3)并联的 RC 缓冲电路、可能有助于吸收高次 谐波、 但我认为、 在30 -50 MHz 范围内、EMI 的变化不会太大、因为 C15-Q2电路可以完成一些缓冲电路的工作、以实现一定的扩展。

    如果没有缓冲电路、次级侧 FET (Q4和 Q5)有时会出现高电压尖峰。 您可以检查它们是否存在此类可能导致 EMI 问题的尖峰。 TPS23734EVM 可以用作次级侧缓冲器电路设计的参考。 www.ti.com/.../sluucb6a.pdf

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diang:

    Q4和 Q5上确实存在一些尖峰和振铃。 我在您提供的参考中添加了推荐的缓冲器。 使用电缆夹测量电缆上的电流、EMI 频谱没有太大的变化(我尚未在测试室内进行测试)。 低频略有上升(~1.0dB)、而较高频下降的幅度略大(~2.0dB)。

    如果我没听错、这个电路应该不会在30 -50 MHz 范围内产生 EMI 信号。

    布局是否是导致信号出现的原因? 这是 PoE 部分的顶层布局。 与 TPS23754EVM 中的布局相比、我的初级开关电路的布局看起来比 TPS23754EVM (连接到变压器的引脚1和2、大部分页面没有)更紧凑。 但是、有源钳位位于右上角、连接到 C62电容器。 这可能是原因吗?  

    电路板为6层、2个内部 RTN 平面、其中 RTN 平面填充位于顶部和底部。 背面没有元件、只有非关键连接布线以及内部层上的非关键连接布线。

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:

    感谢您的跟进。

    是的、我认为 PoE 不应该是产生 30 -50 MHz EMI 的强大资源。 它可能是205kHz (开关频率)噪声的强源。

    而高频 EMI 可能会通过 PoE。 如果我们可以在 EMI 路径中增加阻抗、我们仍然应该能够降低 EMI。 可以尝试 CM 扼流圈和磁珠/固定电感器、以了解它们是否会对 EMI 测试造成任何影响。  

    对于布局、我可能会看到开关节点(红色循环)很大、由于其电容相对较大、这可能会导致一些 EMI 问题。 您可以尝试增加初级 FET 的栅极电阻、看看它是否会导致 EMI 结果发生任何变化。

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diang:

    我尝试将初级 FET 的栅极电阻器和钳位 FET 的电阻器从4.7欧姆增加到12欧姆。 从 USBC 电缆周围的电缆夹读取的光谱中没有看到任何变化。  根据开关晶体管的 Ciss、可能需要大约100欧姆才能影响任何东西。

    我将采用新的布局来收紧环路。 是否希望在我们转动电路板后听到结果? 我该怎么做? 看起来你们通常会在一周左右后关闭该主题。

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:

    感谢您的更新。

    我不知道如果只为了减少开关节点面积而重建布局、可以改善多少...

    在大多数情况下、我可以更改去耦电容器或隔离电容器(X、Y 电容器)、或调整电感器、从而在 EMI 测试中产生更多影响。

    如果旧线程已关闭、您可以回复或打开新线程。

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diana:

    我购买了一个 TPS23754EVM-383。 在以太网输入和12V 输出端使用电缆钳位探头、我将 TPS23754EVM-383的光谱与我们的电路板的光谱进行了比较。 在30 MHz、光谱几乎相同。 这表明设计确实会产生30 MHz 频带中的频率。

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:  

    Diang 目前不在办公室、将于7月5日回来、感谢您的耐心!  

    谢谢。此致、
    雷蒙德·林

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    尊敬的 David:  

    感谢您的测试。

    如果您还有其他功率为20-50W 和开关频率为100 - 500kHz 的直流/直流转换器、您可以进行控制测试吗?

    我怀疑除了 TPS23754EVM-383外还有一些30MHz 噪声源、但 TPS23754EVM-383 具有该噪声的路径。  如果适用、电感器可能有助于降低噪声振幅。

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diang:

    请参阅随附的文档。 30 MHz 信号的幅度与 TPS23754EVM 的功率输出量相关。 另外、拔下以太网电缆后、本底噪声是平坦的、没有任何30 MHz 信号迹象。

    除了我们自己的电路板外、我没有其他可用于测试的类似器件。 我们的电路板和 TPS23754EVM 之间的30 MHz 信号几乎相同、均使用相同的设置。 我们看到的噪声信号也与在 EMI 10米测试室中进行测试时看到的信号非常相似。

    "电感器可能有助于..."请详细说明电感器、它们是什么? 值? EVM 和参考设计中现有值的变化?

    谢谢。

    大卫

    e2e.ti.com/.../Source-of-30-MHz-signals.pdf

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    尊敬的 David:

    感谢所附报告。 您的测试结果得到了很好的记录!

    很抱歉、我需要咨询一些工程师、询问30 MHz 噪声的潜在原因、稍后与您联系。  

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 David:

    另外、我感到困惑的是、当以太网断开连接时、除了直流适配器输入外、TPS23754EVM 不应通电。  

     以太网电缆断开连接并发出噪声时、

    只是想知道电子负载是否是噪声源、您能否尝试使用固定负载电阻器?  

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 David:

    感谢您的耐心等待。

    已经咨询了高级 PoE 工程师。

    30 -40 MHz EMI 噪声可能来自次级侧同步 FET。 由于您已在 Q1和 Q5添加了缓冲电路、您能否显示它们的 VDS 电压?

    此外、对于测试方法、 我是否可以知道 您在进行 EMI 测试时遵循了哪种标准? 可能需要 LISN (线路阻抗稳定网络)以进行有效的 EMI 测量。 请查看随附的 LISN、其中有一个 RJ45输入和输出连接器。

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diang:

    当 PoE 与 TPS23754EVM 断开连接时、EVM 没有电源。 因此、PoE 以太网电缆断开连接时的频谱表示本底噪声、其中包含内部频谱分析仪噪声+电缆钳位探针拾取的任何环境信号。 0Hz 和~ 10 MHz 之间的大尖峰是频谱分析仪产生的赝像。 它始终存在、即使没有到频谱分析仪的输入。

    我在 TPS23754EVM 的输出端插入了一个10欧姆的电阻器。 通过以太网电缆获得的频谱与使用电子负载获得的频谱非常相似。 请参阅所附的屏幕截图。 30 MHz 信号仍然存在。

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:

    明白了。 感谢您的答复。

    是否已绑定添加/调整次级侧2 FET 的缓冲器电路?

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diang:

    LISN 用于150kHz 至30 MHz 频率范围内的传导发射。 由于我们的器件不由交流电源供电、因此我们无需测试传导发射。 我们必须按照 FCC 和 EU 要求测试从30 MHz 到1GHz 的辐射发射。

    Q1和 Q5的 VDS 电压如下所示。

    还有一个问题。 我一直看不到它。 在 L2的5.0V 输出上存在一个大约8kHz 的振荡。 峰间电压约为350mV、有时 降低1/3、有时不存在。 振荡也出现在 Q5的 VDS 波形上。 第二个屏幕截图显示了 Q5的 VDS 波形上的振荡。 此振荡是否与输出电压的光耦合器反馈电路有关? 我直接从 PMP5818参考设计复制了光耦合器反馈电路。 我注意到、TPS23756EVM 设计具有光耦合器反馈电路中的一些元件值、TPS23734EVM-094也是如此。 所有3种设计均为5V/5A ACF 设计。

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 Diang:

    我在 Q1和 Q5中添加了缓冲器。 我使用了在 TPS23734EVM 中找到的值。 Q1为4.7nF+5.6欧姆、Q5为1.0nF+5.6欧姆(我没有5.1欧姆电阻器)。  

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:

    感谢波形。 是的、我可以在这里看到低频振荡。

    奇怪的是只有 Q5的 Vdsoff 有、而 Q1的 Vdsoff 看起来正常。  

    忽略过冲:对于 Q5、Vdsoff = Vout/D;对于 Q1、Vdsoff = Vout/(1-D)。 因此、如果 D 或 Vout 变化、Q1和 Q5都应具有类似的 振荡。

    在您的示例中、我可能会怀疑用于 Q5测量的探头是否参考了正确的接地、因为我们看到 Q5的导通电压为负。  

    如果它是真正的振荡问题、对我来说、它可能是:

    -振荡可能来自闭合的控制环路

    -振荡可能来自输出负载

    -振荡可能来自输入电压(不太可能)

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diang:

    我的错。 我一直在通道1上使用交流耦合来测量噪声、忘记将其切换回直流耦合。 前面的屏幕截图是正确的、两个波形都以相同的接地点为基准并且都是直流耦合。

    您是否具有用于设计闭环的参考? 如前所述、我使用了 PMP5818原理图上的值。 实际上是同一个芯片的 TPS23756EVM 所使用的值却大不相同。 TPS23734EVM 对大多数器件使用相同的值、但有几处例外。

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:

    感谢您的更新。

    交流耦合可以认为 CH1具有负 VDS。 Vout 上实际上没有8kHz 呢?

    这两个 PDF 包含有关 ACF 闭环控制环路设计的信息:

    www.ti.com/.../slua535a.pdf

    www.ti.com/.../slua702.pdf

    此外、我们还有采用 ACF 拓扑的 TPS23754的参考设计:

    参考 PD 类别 输出电压 输出电流
    PMP10288 TPS23754 4 3.3 7.2
    PMP9563 TPS23754 4 12 2.5
    PMP7452 TPS23754   4 3.3 7.6
    TPS23754EVM-383 TPS23754 4 12 2.5

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diang:

    如该屏幕截图所示、Vout 处的确切频率为8-9 kHz。 通道1和2 (Q5-黄色和 Q1-蓝色)均指屏幕上的同一接地点。 通道3 (粉色)是5V 电源、以屏幕上的不同接地点为基准。

    感谢您的参考。 我会研究它们。

    至于参考设计、它们都不是5V 5A 输出。 这不会影响反馈环路吗?

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:

    感谢波形。 可能存在反馈故障、导致 Vout 不稳定。  

    是的、输出电压、输出电容、输出电流都会影响反馈。

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 Diang:

    两个问题:

    1) 1)此部件或相关部件的某些 EVM 或参考设计会在 VSS 和 RTN 接地之间放置一个二极管。 TPS23754EVM-383使用 SMAJ58A;TPS23734EVM 使用 B2100-13-F;TPS23756EVM 和 PMP5818不包含此特性。 二极管的功能是什么、它是否会理所当然地影响 EMI?

    2) 2)所有设计都在 RTN 接地和输出接地之间的隔离间隙放置一个2200 pF、2kV 电容器。  TPS23734EVM 从 T1输入(即整流、滤波的 PoE 输入电压)添加一个2200 pF、2kV 电容器到输出接地。 但在后一种设计中、它被列为 DNP。 这是严格用于高电压保护、还是也具有降噪功能?

    谢谢。

    大卫

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    尊敬的 David:

    1) 1)在 SMAJ58A-RTN 之间、VSS 是一个 TVS 二极管、B2100-13-F 是一个肖特基二极管。 此外、在 VSS 和 RTN 之间有一个内部热插拔 FET、它具有一个体二极管。 使用适配器且 PoE 关断时、该二极管可以正向偏置。

    肖特基二极管可以在 VSS 和 RTN 之间提供更低的电压、这对于这种情况下的芯片基准电压更好。 它可以提高此条件下 IC 的性能、因为大多数电压基准都参考最好是最低电压的 VSS (而当二极管正向偏置时、VSS 电压高于 RTN)。

    齐纳二极管可以更好地保护内部热插拔、以避免雪崩击穿。

    在大多数 设计情况下、两个二极管都不是强制性的。  

    2) 2)这些电容器主要用于共模降噪功能。

    此致、

    帝昂

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    尊敬的 David:

    我现在将关闭该主题。 如果您还有其他问题、请回复或打开新的主题帖。

    此致、

    帝昂