Излученные электромагнитные помехи от понижающего преобразователя

Проблемы, связанные с электромагнитной совместимостью в диапазонах ВЧ/ОВЧ, типичны для изделий с импульсными источниками питания (SMPS), например, обратноходовых и понижающих преобразователей. Обычно для излучения сигналов, превышающих установленные законом пределы ЭМС, не требуется высокая мощность.

Тема этого месяца связана с устранением проблем, связанных с электромагнитной совместимостью в диапазоне ОВЧ от продуктов малой мощности (десятки ватт).

На рисунке 1 показано сравнение излучаемого поля с пределами CISPR, полученное в полубезэховой камере, при этом продукт расположен на высоте 1,0 м над поверхностью земли, на деревянном столе и на расстоянии 3,0 м от приемной антенны (горизонтальная поляризация).

Рисунок 1. Проблема ЭМС, возникшая в результате испытаний.

Несоответствие нормам в исходной системе (зеленая линия) находилась на отметке 145 МГц. Антенна изделия представляла собой кабель электропитания (для подтверждения использовалось движение кабеля и большой тороидальный феррит).

Как обычно (и рекомендуется), следующим шагом проекта был поиск источника сигнала электромагнитных помех, чтобы найти решение с низкой стоимостью и размером.

Зонд ближнего поля использовался вокруг частей оборудования: двух небольших печатных плат, нескольких кабелей, небольшой клавиатуры, дисплея и металлической коробки. Источник электромагнитных помех располагался вокруг устройства LM25010SD на одной из плат. Это устройство представляет собой понижающий импульсный стабилизатор напряжения 42 В, 1,0 А от National Semiconductor (теперь Texas Instruments).

Конвертер переключался на частоте около 200 кГц, так как же такая «низкочастотная» схема могла генерировать УКВ-сигнал?

Понижающие преобразователи представляют собой понижающие преобразователи постоянного тока, включенные во многие потребительские, компьютерные и коммуникационные продукты из-за их простоты и низкой стоимости. Понижающий преобразователь представляет собой импульсный источник питания (SMPS), в котором используется индуктор, конденсатор и транзистор, а также диодные переключатели, которые накапливают энергию в индукторе и периодически разряжают ее в нагрузку, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2: Схема понижающего преобразователя и работа с включенным и выключенным Q1.

Полное описание этой топологии можно найти во многих книгах по этой теме.

Чтобы понять проблему, снова был использован сигнал магнитного зонда ближнего поля, и на трассах (A) и (B) на рисунке 2 была обнаружена очень высокая активность.

Для визуализации тока через диод D1 на Agilent DSO7104B (красная кривая) использовался пробник тока с частотой 1 ГГц, как показано на фотографии на рис. 3а.

Как следует из теоретического анализа, ток через диод был близок к треугольному, но в момент выключения диода был обнаружен высокоскоростной переходный процесс.

Измерения датчика тока были увеличены, и был обнаружен высокочастотный звон (синяя кривая) на частоте 146,2 МГц, как показано на рисунке 3b. Сигнал сравнивается с сигналом датчика ближнего поля наверху преобразователя (розовая кривая).

Рисунок 3: Ток диода и катодное напряжение (а), а также ток диода и деталь датчика ближнего поля (б).

Чтобы добавить некоторое демпфирование этому резонансному поведению из-за эффекта восстановления диода, в дорожку (A) последовательно с выходом LM25010SD (выход MOSFET) был включен небольшой ферритовый шарик SMD.

Звон при измерении тока диодом исчез, и было проведено новое испытание в полубезэховой камере, получив черную кривую для фиксированной системы на рисунке 4.

Рисунок 4: Исходные (зеленые) и конечные (черные) выбросы.

Мой последний совет: при сбоях в ЭМС старайтесь локализовать источник во внутренних генераторах, в условиях затухающих резонансов или паразитных колебаний. Если вы найдете источник, решения будут более эффективными, дешевыми и небольшими.

Артуро Медиано получил степень магистра наук. (1990 г.) и степень доктора философии (1997 г.) в области электротехники в Университете Сарагосы (Испания), где с 1992 г. он занимал преподавательскую должность в EMI/EMC/RF/SI. С 1990 г. он занимался исследованиями и разработками. проекты в области EMI/EMC/SI/RF для коммуникаций, промышленности и научных/медицинских приложений с солидным опытом обучения, консультирования и устранения неполадок для компаний в Испании, США, Швейцарии, Франции, Великобритании, Италии, Бельгии, Германии, Канаде, Нидерланды, Португалия и Сингапур. Он является основателем The HF-Magic Lab®, специализированной лаборатории по проектированию, диагностике, поиску и устранению неисправностей и обучению в области электромагнитных помех/ЭМС/СИ и радиочастот в I3A (Университет Сарагосы), а с 2011 года он является инструктором по Besser Associates (Калифорния, США) предлагает публичные и выездные курсы по предметам EMI/EMC/SI/RF в США, особенно в Силиконовой долине/районе залива Сан-Франциско. Он является старшим членом IEEE, активным членом с 1999 г. (председатель 2013–2016 гг.) Технического комитета MTT-17 (HF/VHF/UHF) Общества теории и техники микроволнового излучения и членом Общества электромагнитной совместимости. С Артуро можно связаться по адресу [email protected]. Веб-сайт: www.cartoontronics.com.