ZHCAAB5 September   2020 TPS55288 , TPS55288-Q1 , TPS552882 , TPS552882-Q1

 

  1.   商标
  2. 1引言
  3. 2设计过程
    1. 2.1 辐射理论
    2. 2.2 降压/升压转换器中产生宽带 EMI 的根本原因
    3. 2.3 如何通过 TPS55288 降压/升压转换器实现低 EMI
      1. 2.3.1 在关键环路下添加接地平面
      2. 2.3.2 使用对称布局配置
      3. 2.3.3 使用频率抖动功能
      4. 2.3.4 在开关节点处添加 RC 缓冲器
      5. 2.3.5 在输入和输出侧添加滤波器
  4. 3原理图和测试结果
    1. 3.1 测试结果
  5. 4总结
  6. 5参考文献

辐射理论

PCB 会直接辐射部分能量,因此可建模为承载干扰电流的小型天线。小环路是指在相关频率下尺寸小于四分之一波长(100MHz 下为 75cm)的环路。大多数 PCB 环路在高达几兆赫兹的发射频率下算作小环路。小环路在接地面上方产生的最大电场强度与频率的平方、环路面积和电流成正比:

Equation1. GUID-20200826-CA0I-XFX2-TVBQ-XFQHFRZVVNHT-low.gif

其中,频率以 Hz 为单位,A 是以 m2 为单位的环路面积,I 以安培为单位,r 以米为单位。对于具有大量谐波的方波,必须对 Is 使用傅里叶频谱。

我们可以使用Equation1 来大致确定是否需要改进 PCB 设计。例如,如果 A=4cm2、Is=10mA、f=100MHz、r=3m,那么:

Equation2. GUID-20200826-CA0I-WH85-SJPG-MVP4X6FZNZP8-low.gif

CISPR 22 B 类标准在 3 米处的限制值约为 40dBuV/m,50.9dBuV/m 则超出了该限值。所以我们需要对电路做一些改进,使场强低于限值。通过Equation1,我们得知,环路面积 A 和高频电流是我们可以控制的变量。良好的元件放置方式和接地屏蔽可减小环路面积 A;而通过降低开关速度或对开关环路进行对称布局则可降低高频电流。

图 2-1 (A) 所示为一个简化的梯形电流波形,其中周期为 T,脉冲宽度为 tW,上升时间为 tR,下降时间为 tF图 2-1 (B) 所示为包含基频和许多高次谐波的频域。通过傅里叶分析可推导出与脉冲周期、脉冲宽度、上升/下降时间和高次谐波幅值的关系。

图 2-1 基于具有 1us 脉冲宽度、5ns 上升时间和 8ns 下降时间的 500kHz 开关信号。在 tRǂ tF 条件下,只考虑较小者。因此,带宽 fR 由 tR 决定。辐射 EMI 问题经常发生在 50MHz~500MHz 范围内。可以看出,增加上升(或下降)时间会使 fR 点移动到较低的频率。因此,高频谐波含量将以 40dB/十倍频程的速度更快地滚降。

GUID-20200826-CA0I-CWFC-6GC8-DCJF81VB2CJR-low.png图 2-1 脉冲电流波形的谐波含量