EMC試験装置とは

パワーバンクを設計する際の重要な設計上の課題は、EMIテストに合格することです。 エレクトロニクスエンジニアは、EMIテストの失敗を心配することがよくあります。 回路のEMIテストが何度も失敗すると、悪夢になります。 問題を修正し、製品のロールアウトの遅延を回避するには、EMIラボでXNUMX時間体制で作業する必要があります。 パワーバンクなどの消費者向け製品の場合、設計サイクルが短く、EMI認証の制限が厳しいため、EMIテストにスムーズに合格するのに十分なEMIフィルタを追加する必要がありますが、スペースを増やして追加しすぎないようにする必要があります。回路へのコスト。 両方を両立させるのは難しいようです。

TI 設計の低放射 EMI ブースト コンバータ リファレンス デザイン (PMP9778) は、このようなソリューションを提供します。 2.7 ～ 4.4V の入力電圧、5V / 3A、9V / 2A、および 12V / 1.5A の出力電力をサポートでき、パワーバンク アプリケーションにのみ適しています。配置とレイアウトの最適化により、この TI 設計は、従来のものよりも 6 dB 高いヘッドルームを実現します。 EN55022 CISPR22 クラス B 放射テスト。設計プロセスを見てみましょう。

重要な電流経路を特定する
EMIは、高い瞬間的な電流変化率（di / dt）の循環から始まります。 したがって、設計の最初に高di / dtクリティカルパスを区別する必要があります。 これらの目標を達成するには、スイッチング電源の電流伝導経路と信号の流れを理解することが重要です。

図1に、ブーストコンバータのトポロジと重要な電流パスを示します。 S2が閉じてS1が開いているとき、AC電流は青いループを流れます。 S1が閉じ、S2が開いている場合、AC電流は緑色のループを流れます。 したがって、電流は入力コンデンサCinを流れ、インダクタLは連続電流であり、電流はS2、S1を流れ、出力コンデンサCoutは脈動電流（赤いループ）です。 したがって、赤いループを臨界電流経路として定義します。 このパスのEMIエネルギーは最も高くなります。 配置中は、それで囲まれた領域を最小限に抑える必要があります。

高di / dtパスのループ領域を最小化
図2に、TPS61088のピン配置を示します。 図3に、TPS61088の重要な電流パスのレイアウト例を示します。 NCピンは、デバイス内に接続がないことを示します。 したがって、PGNDに接続できます。 電気的には、61088つのNCピンをPGNDグランドプレーンに接続すると、熱放散が促進され、リターンパスのインピーダンスが低下します。 EMIの観点から、3つのNCピンをPGNDグランドプレーンに接続すると、TPS0603のVOUTプレーンとPGNDプレーンが互いに近づきます。 これにより、出力コンデンサの配置が容易になります。 図1からわかるように、0402 1-UF（またはXNUMX XNUMX-UF）高周波セラミックコンデンサCOUT_HFをVOUTピンのできるだけ近くに配置すると、高di / dtループの面積が最小になります。

グランドプレーンから10メートルの距離にある高di / diループからの最大電界強度は、次の式で計算できます。

図4は、COUT_HFがある場合とない場合の放射EMIの結果を示しています。 同じテスト条件下で、放射EMIはCOUT_HFで4dBuV / m改善されます。

クリティカルパスの下にグランドプレーンを配置します
トラッキングインダクタンスが高いと、放射EMIが低下します。 磁場の強さはインダクタンスに比例するからです。 重要なトレースの次の層に固定グランドプレーンを配置すると、この問題を解決できます。

表1に、さまざまなPCBボードでの特定のトラッキングインダクタンスを示します。 信号層とグランドプレーンの間に0.4mmの絶縁厚を持つ1.2層PCBの場合、トラッキングインダクタンスは2mm厚のXNUMX層PCBのトラッキングインダクタンスよりもはるかに小さいことがわかります。 したがって、最短の固定グランドプレーンをクリティカルパスに配置することは、EMIを低減するための最も効果的な方法のXNUMXつです。

図5は、2層PCBと4層PCBの放射EMIの結果を示しています。 同じレイアウトと同じテスト条件に基づいて、放射EMIは10層PCB上で4dBuV / m改善できます。

RCバッファを追加します
それでも放射レベルが必要なレベルを超え、レイアウトをこれ以上改善できない場合は、RCスナバと電源グランドをTPS61088 SWピンに追加すると、放射EMIレベルを減らすのに役立ちます。 RCスナバは、スイッチノードと電源グランドのできるだけ近くに配置する必要があります。 SW電圧ループを効果的に抑制できます。つまり、リンギング周波数で放射EMIが改善されます。

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