Cómo optimizar el diseño de PCB para mejorar el rendimiento EMI

Los ingenieros de diseño de fuentes de alimentación a menudo usan algunos convertidores reductores CC / CC en sistemas automotrices para soportar múltiples rieles de potencia. Sin embargo, hay varios factores a considerar al elegir este tipo de convertidores de dinero. Por ejemplo, por un lado, debe seleccionarse un convertidor CC / CC de alta frecuencia de conmutación (frecuencia de trabajo superior a 2 MHz) para el sistema de infoentretenimiento del automóvil / unidad host para evitar interferencias con la banda de radio AM; Por otro lado, también es necesario seleccionar un Inductor relativamente pequeño para reducir el tamaño de la solución. Además, los convertidores reductores CC / CC de alta frecuencia de conmutación también pueden ayudar a reducir la ondulación de la corriente de entrada, optimizando así el tamaño del filtro de interferencia electromagnética (EMI) de entrada.


Sin embargo, para los grandes fabricantes de diseño original automotriz (ODM) que intentan crear los últimos sistemas automotrices, cumplir con los estándares EMI requeridos es crítico. Estos requisitos son muy estrictos y los fabricantes deben cumplir con estándares como el estándar del Comité Especial Internacional de Interferencia de Radio (CISPR) 25. En muchos casos, si el fabricante no cumple con el estándar, el fabricante del automóvil no puede aceptar el diseño correspondiente.


Por lo tanto, para la mejora del rendimiento EMI del convertidor reductor DC / DC, el diseño de PCB es muy importante. Para obtener un buen rendimiento EMI, es fundamental optimizar el circuito de alimentación de alta corriente y reducir la influencia de los parámetros parásitos en el circuito.


Tome como ejemplo el convertidor reductor CC / CC de dos salidas compuesto por LMR14030-Q1, como se muestra en las Figuras 1 y 2 de dos diseños diferentes de placas de circuito impreso (PCB). La línea roja muestra cómo fluye el circuito de alimentación en el diseño. La dirección del flujo del circuito de potencia en la FIG. 1 tiene forma de U, mientras que la dirección del flujo en la fig. 2 tiene forma de I Estos dos diseños son los diseños más comunes en aplicaciones automotrices e industriales. Entonces, ¿qué diseño es mejor?

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La EMI conducida se divide en dos tipos: modo diferencial y modo común. El ruido de modo diferencial se origina a partir de la tasa de cambio de corriente (di / dt), mientras que el ruido de modo común se origina a partir de la tasa de cambio de voltaje (dv / dt). Y ya sea di / dt o dv / dt, el punto clave del rendimiento de EMI es cómo minimizar la inductancia parasitaria.


La figura 3 es un circuito equivalente de un convertidor reductor. La mayoría de los diseñadores saben cómo minimizar la inductancia parásita de Lp1, Lp3, Lp4 y Lp5 en bucles de alta frecuencia, pero ignoran Lp2 y Lp6. Para dos diseños diferentes, tipo U e tipo I, la inductancia parásita en Lp2 y Lp6 del diseño tipo U es menor que la del diseño tipo I. En un diseño en forma de U, la reducción del circuito de alimentación cuando se enciende el interruptor Q1 también ayudará a mejorar el rendimiento EMI.

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Para verificar el mejor diseño, la medición de datos EMI se vuelve crítica. Las Figuras 4 y 5 comparan la EMI conducida de un convertidor de dos salidas. Al mismo tiempo, el circuito utiliza el control de cambio de fase para reducir la ondulación de la corriente de entrada, optimizando así el filtro de entrada. De los resultados de la prueba se puede ver que el rendimiento EMI del diseño tipo U es mejor que el rendimiento EMI del diseño tipo I, especialmente en la parte de alta frecuencia.

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Agregar filtros EMI puede mejorar efectivamente el rendimiento EMI. La Figura 6 muestra una versión simplificada de un filtro EMI que incluye un filtro de modo común (CM) y un filtro de modo diferencial (DM). En términos generales, el ruido del filtro de modo diferencial es inferior a 30MHz, y el ruido del filtro de modo común varía de 30MHz a 100MHz. Ambos filtros afectan a toda la banda de frecuencia que EMI necesita limitar. Las Figuras 7 y 8 comparan la EMI conducida con los filtros de modo común y diferencial, respectivamente. Los diseños en forma de U pueden cumplir con los estándares CISPR 25 Clase 3, mientras que los diseños en forma de I no.

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