Abgestrahlte EMI von einem Abwärtswandler

EMV-Abstrahlungsprobleme im HF-/VHF-Bereich sind typisch für Produkte mit Schaltnetzteilen (SMPS), wie zum Beispiel Sperr- und Tiefsetzsteller. Um Signale weit über den gesetzlichen EMV-Grenzwerten abzustrahlen, ist in der Regel keine hohe Leistung erforderlich.

Das Thema dieses Monats bezieht sich auf die Fehlerbehebung eines EMV-Strahlungsproblems im VHF-Bereich von einem Produkt mit geringer Leistung (mehrere zehn Watt).

Abbildung 1 zeigt das abgestrahlte Feld im Vergleich zu den CISPR-Grenzwerten, wie es in einer halbreflexionsarmen Kammer ermittelt wurde, wobei sich das Produkt 1,0 m über der Bodenebene auf einem Holztisch und 3,0 m von der Empfangsantenne entfernt befindet (horizontale Polarisation).

Abbildung 1: Das abgestrahlte EMV-Problem aus Tests.

Die Nichteinhaltung der Vorschriften im ursprünglichen System (grüne Spur) lag bei rund 145 MHz. Die Antenne des Produkts war das Netzkabel (zur Bestätigung wurde eine Bewegung des Kabels und ein großer Ringkernferrit verwendet).

Wie üblich (und empfohlen) bestand der nächste Schritt im Projekt darin, die Quelle des EMI-Signals zu finden, um eine Lösung mit geringem Kosten-/Größenverhältnis zu finden.

Um die Teile der Ausrüstung herum wurde eine Nahfeldsonde eingesetzt: zwei kleine PCBs (gedruckte Leiterplatten), einige Kabel, eine kleine Tastatur, ein Display und ein Metallgehäuse. Die EMI-Quelle befand sich in der Nähe eines LM25010SD-Geräts in einer der Leiterplatten. Bei diesem Gerät handelt es sich um einen Abwärtsschaltregler mit 42 V und 1,0 A von National Semiconductor (jetzt Texas Instruments).

Der Konverter schaltete in der Nähe von 200 kHz. Wie konnte also ein solcher „Niederfrequenz“-Schaltkreis das UKW-Signal erzeugen?

Abwärtswandler sind DC/DC-Abwärtswandler, die aufgrund ihrer Einfachheit und geringen Kosten in vielen Verbraucher-, Computer- und Kommunikationsprodukten enthalten sind. Der Abwärtswandler ist ein Schaltnetzteil (SMPS), das eine Induktivität, einen Kondensator und einen Transistor sowie einen Diodenschalter verwendet, der Energie in der Induktivität speichert und sie periodisch an die Last abgibt, wie in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2: Schema und Betrieb des Abwärtswandlers mit Q1 EIN und AUS.

Eine vollständige Beschreibung dieser Topologie finden Sie in vielen Büchern zu diesem Thema.

Um das Problem zu verstehen, wurde das Signal der magnetischen Nahfeldsonde erneut verwendet und eine sehr hohe Aktivität auf den Spuren (A) und (B) in Abbildung 2 gefunden.

Eine 1-GHz-Stromsonde wurde wie im Foto aus Abbildung 3a gezeigt verwendet, um den Strom durch die Diode D1 auf einem Agilent DSO7104B (rote Kurve) zu visualisieren.

Aus der theoretischen Analyse des Abwärtswandlers ging hervor, dass der Strom durch die Diode nahezu dreiecksförmig war, zum Zeitpunkt des Ausschaltens der Diode wurde jedoch ein Hochgeschwindigkeitstransient festgestellt.

Bei der Stromsondenmessung wurde ein Zoom durchgeführt, bei dem ein hochfrequentes Klingeln (blaue Kurve) bei 146,2 MHz festgestellt wurde, wie in Abbildung 3b dargestellt. Das Signal wird mit dem der Nahfeldsonde oben auf dem Konverter verglichen (rosa Kurve).

Abbildung 3: Diodenstrom und Kathodenspannung (a) sowie Diodenstrom und Detail der Nahfeldsonde (b).

Um dieses Resonanzverhalten durch den Dioden-Recovery-Effekt etwas zu dämpfen, wurde in Leiterbahn (A) eine kleine SMD-Ferritperle in Reihe mit dem Ausgang des LM25010SD (dem MOSFET-Ausgang) eingefügt.

Das Klingeln bei der Stromdiodenmessung verschwand und ein neuer Test in der halbreflexionsarmen Kammer wurde durchgeführt, um die schwarze Kurve für das feste System in Abbildung 4 zu erhalten.

Abbildung 4: Die ursprünglichen (grün) gegenüber den endgültigen (schwarz) Emissionen.

Mein letzter Rat: Versuchen Sie bei einem EMV-Fehler, die Quelle in internen Oszillatoren, unter gedämpften Resonanzen oder parasitären Schwingungen zu lokalisieren. Wenn man den Ursprung findet, sind die Lösungen effektiver, günstiger und kleiner.

Arthur Medium erhielt seinen M.Sc. (1990) und promovierte (1997) in Elektrotechnik an der Universität Zaragoza (Spanien), wo er seit 1992 eine Lehrprofessur für EMI/EMC/RF/SI innehatte. Seit 1990 ist er in der Forschung und Entwicklung tätig Projekte in den Bereichen EMI/EMC/SI/RF für Kommunikation, Industrie und wissenschaftliche/medizinische Anwendungen mit fundierter Erfahrung in Schulung, Beratung und Fehlerbehebung für Unternehmen in Spanien, den USA, der Schweiz, Frankreich, Großbritannien, Italien, Belgien, Deutschland, Kanada, Die Niederlande, Portugal und Singapur. Er ist der Gründer von The HF-Magic Lab®, einem Speziallabor für Design, Diagnose, Fehlerbehebung und Schulung in den Bereichen EMI/EMC/SI und RF an der I3A (Universität Zaragoza), und seit 2011 ist er Dozent für Besser Associates (CA, USA) bietet öffentliche und Vor-Ort-Kurse zu EMI/EMC/SI/RF-Themen in den USA an, insbesondere im Silicon Valley/San Francisco Bay Area. Er ist Senior Member des IEEE, seit 1999 aktives Mitglied (Vorsitzender 2013–2016) des MTT-17 (HF/VHF/UHF) Technical Committee der Microwave Theory and Techniques Society und Mitglied der Electromagnetic Compatibility Society. Arturo ist unter [email protected] erreichbar. Website: www.cartoontronics.com.

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Arturo Mediano erhielt seinen M.Sc. (1990) und promovierte (1997) in Elektrotechnik an der Universität Zaragoza (Spanien), wo er seit 1992 eine Lehrprofessur für EMI/EMC/RF/SI innehatte. Seit 1990 ist er in der Forschung und Entwicklung tätig Projekte in den Bereichen EMI/EMC/SI/RF für Kommunikation, Industrie und wissenschaftliche/medizinische Anwendungen mit fundierter Erfahrung in Schulung, Beratung und Fehlerbehebung für Unternehmen in Spanien, den USA, der Schweiz, Frankreich, Großbritannien, Italien, Belgien, Deutschland, Kanada, Die Niederlande, Portugal und Singapur. Er ist der Gründer von The HF-Magic Lab®, einem Speziallabor für Design, Diagnose, Fehlerbehebung und Schulung in den Bereichen EMI/EMC/SI und RF an der I3A (Universität Zaragoza), und seit 2011 ist er Dozent für Besser Associates (CA, USA) bietet öffentliche und Vor-Ort-Kurse zu EMI/EMC/SI/RF-Themen in den USA an, insbesondere im Silicon Valley/San Francisco Bay Area. Er ist Senior Member des IEEE, seit 1999 aktives Mitglied (Vorsitzender 2013–2016) des MTT-17 (HF/VHF/UHF) Technical Committee der Microwave Theory and Techniques Society und Mitglied der Electromagnetic Compatibility Society.

Hallo, Ph. Arturo Mediano! Ich bin daran interessiert, was genau die Ferritperlen sind, die in diesem Fall benötigt werden.

Vitali

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