벅 컨버터에서 방사된 EMI

HF/VHF 범위의 EMC 방사 문제는 플라이백 및 벅 컨버터와 같이 SMPS(스위칭 모드 전원 공급 장치)가 있는 제품에서 일반적입니다. 일반적으로 법적 EMC 제한을 훨씬 초과하는 신호를 방사하는 데는 고전력이 필요하지 않습니다.

이번 달 주제는 저전력 제품(수십 와트)의 VHF 범위에서 발생하는 EMC 방사 문제의 해결에 관한 것입니다.

그림 1은 제품이 접지면 위 1.0m, 나무 테이블, 수신 안테나로부터 3.0m(수평 편파)에 위치한 반무향실에서 얻은 방사장 대 CISPR 제한입니다.

그림 1: 테스트에서 방사된 EMC 문제.

원래 시스템의 규정을 준수하지 못하는 부분(녹색 추적)은 약 145MHz에 위치했습니다. 제품의 안테나는 주 전원 케이블이었습니다(케이블의 움직임과 이를 확인하기 위해 큰 토로이달 페라이트를 사용했습니다).

평소와 같이(권장되는) 프로젝트의 다음 단계는 EMI 신호 소스를 찾아 저렴한 비용/크기 솔루션을 찾는 것이었습니다.

두 개의 작은 PCB(인쇄 회로 기판), 일부 케이블, 작은 키패드, 디스플레이 및 금속 상자 등 장비 부품 주위에 근거리장 프로브가 사용되었습니다. EMI 소스는 PCB 중 하나의 LM25010SD 장치 주변에 있었습니다. 이 장치는 National Semiconductor(현 Texas Instruments)의 42V, 1.0A 강압 벅 스위칭 레귤레이터입니다.

변환기는 200kHz 근처에서 스위칭했는데 어떻게 그러한 "저주파" 회로가 VHF 신호를 생성할 수 있습니까?

벅 컨버터는 단순성과 저렴한 비용으로 인해 많은 소비자, 컴퓨터 및 통신 제품에 포함되는 강압 DC-DC 컨버터입니다. 벅 컨버터는 그림 2와 같이 인덕터, 커패시터, 트랜지스터와 인덕터에 에너지를 저장했다가 주기적으로 부하로 방전시키는 다이오드 스위치를 사용하는 스위치 모드 전원 공급 장치(SMPS)입니다.

그림 2: Q1 ON 및 OFF 상태의 벅 컨버터 회로도 및 작동.

이 토폴로지에 대한 전체 설명은 해당 주제에 대한 많은 책에서 찾을 수 있습니다.

문제를 이해하기 위해 자기 근접장 프로브 신호를 다시 사용했으며 그림 2의 트레이스 (A)와 (B)에서 매우 높은 활동이 발견되었습니다.

Agilent DSO7104B(빨간색 선)의 다이오드 D1을 통한 전류를 시각화하기 위해 그림 3a의 사진에 표시된 대로 1GHz 전류 프로브를 사용했습니다.

벅 이론 분석에서 다이오드를 통과하는 전류는 거의 삼각형에 가깝지만 다이오드가 꺼지는 시점에서 고속 과도 현상이 발견되었습니다.

전류 프로브 측정을 확대하여 그림 3b와 같이 146.2MHz에서 고주파 링잉(파란색 트레이스)을 발견했습니다. 신호는 컨버터 상단에 있는 Near Field 프로브의 신호와 비교됩니다(분홍색 트레이스).

그림 3: 다이오드 전류 및 음극 전압(a) 및 다이오드 전류 및 근거리장 프로브 세부 정보(b).

다이오드 회복 효과의 공진 동작에 약간의 감쇠를 추가하기 위해 작은 SMD 페라이트 비드가 LM25010SD의 출력(MOSFET 출력)과 직렬로 트레이스(A)에 포함되었습니다.

전류 다이오드 측정 시 링잉이 사라지고 반무향실에서 새로운 테스트를 수행하여 그림 4의 고정 시스템에 대한 검은색 곡선을 얻었습니다.

그림 4: 원래(녹색) 방출과 최종(검은색) 방출.

나의 마지막 조언: EMC에서 실패할 경우 내부 발진기, 감쇠 공진 또는 기생 발진에서 소스를 찾으십시오. 근원을 찾으면 솔루션이 더 효과적이고 저렴하며 작습니다.

아르투로 메디아노 M.Sc.를 받았습니다. (1990) 및 University of Zaragoza(스페인)에서 전기 공학 박사 학위(1997)를 취득했으며, 1992년부터 EMI/EMC/RF/SI 교수직을 역임했습니다. 1990년부터 R&D에 참여했습니다. 스페인, 미국, 스위스, 프랑스, ​​영국, 이탈리아, 벨기에, 독일, 캐나다, 네덜란드, 포르투갈, 싱가포르. 그는 I3A(University of Zaragoza)에서 EMI/EMC/SI 및 RF 분야의 설계, 진단, 문제 해결 및 교육을 위한 전문 실험실인 The HF-Magic Lab®의 창립자이며, 2011년부터 강사로 재직하고 있습니다. Besser Associates(캘리포니아, 미국)는 미국 전역, 특히 실리콘 밸리/샌프란시스코 베이 지역에서 EMI/EMC/SI/RF 주제에 대한 공개 및 현장 교육 과정을 제공합니다. 그는 IEEE의 선임 회원이자 마이크로파 이론 및 기술 학회의 MTT-17(HF/VHF/UHF) 기술 위원회의 1999년 활동 회원(2013-2016년 의장)이자 전자기 호환성 학회 회원입니다. Arturo는 [email protected]로 연락할 수 있습니다. 웹사이트: www.cooltronics.com.