EMI irradiada de um conversor Buck

Problemas de EMC irradiados em faixas de HF/VHF são típicos em produtos com fontes de alimentação de modo de comutação (SMPS), como por exemplo conversores flyback e buck. Normalmente, não é necessária alta potência para irradiar sinais bem acima dos limites legais de EMC.

O tópico deste mês está relacionado à resolução de um problema de EMC irradiado na faixa VHF de um produto de baixa potência (dezenas de watts).

A Figura 1 é campo irradiado versus limites CISPR obtidos em uma câmara semi-anecóica, com o produto localizado 1,0 m acima do plano de terra, em mesa de madeira, e 3,0 m da antena receptora (polarização horizontal).

Figura 1: O problema EMC irradiado dos testes.

O não cumprimento dos regulamentos no sistema original (traço verde) foi localizado em torno de 145 MHz. A antena do produto era o cabo de alimentação principal (o movimento do cabo e um grande ferrite toroidal foram usados ​​para confirmar isso).

Como de costume (e recomendado), o próximo passo do projeto foi encontrar a fonte do sinal EMI para encontrar uma solução de baixo custo/tamanho.

Uma sonda de campo próximo foi utilizada ao redor das partes do equipamento: duas pequenas PCBs (placas de circuito impresso), alguns cabos, um pequeno teclado, um display e uma caixa metálica. A fonte de EMI estava localizada em torno de um dispositivo LM25010SD em um dos PCBs. Este dispositivo é um regulador de comutação Buck de redução de 42 V, 1,0 A da National Semiconductor (agora Texas Instruments).

O conversor estava comutando perto de 200 kHz, então como um circuito de "baixa frequência" poderia estar gerando o sinal VHF?

Os conversores Buck são conversores DC-DC abaixadores incluídos em muitos produtos de consumo, computador e comunicação devido à sua simplicidade e baixo custo. O conversor buck é uma fonte de alimentação de modo chaveado (SMPS) usando um indutor, um capacitor e um transistor e um interruptor de diodo armazenando energia no indutor e descarregando-a na carga periodicamente, conforme mostrado na Figura 2.

Figura 2: Esquema do conversor Buck e operação com Q1 ON e OFF.

Uma descrição completa desta topologia pode ser encontrada em muitos livros sobre o assunto.

Para entender o problema, o sinal da sonda de campo próximo magnético foi usado novamente e uma atividade muito alta foi encontrada nos traços (A) e (B) na Figura 2.

Uma sonda de corrente de 1 GHz foi usada conforme mostrado na foto da Figura 3a para visualizar a corrente através do diodo D1 em um Agilent DSO7104B (traço vermelho).

A partir da análise teórica do buck, a corrente através do diodo era quase triangular, mas um transiente de alta velocidade foi encontrado no momento em que o diodo foi desligado.

Foi feito um zoom da medição da sonda de corrente, encontrando um toque de alta frequência (traço azul) em 146,2 MHz, conforme mostrado na Figura 3b. O sinal é comparado com o da ponta de prova de campo próximo na parte superior do conversor (traço rosa).

Figura 3: Corrente de diodo e tensão de cátodo (a) e corrente de diodo e detalhe da sonda de campo próximo (b).

Para adicionar algum amortecimento a esse comportamento ressonante do efeito de recuperação do diodo, uma pequena conta de ferrite SMD foi incluída no traço (A) em série com a saída de LM25010SD (a saída MOSFET).

O zumbido na medição do diodo atual desapareceu e um novo teste na câmara semianecoica foi feito obtendo a curva preta para o sistema fixo na Figura 4.

Figura 4: Emissões originais (verde) versus emissões finais (preto).

Meu conselho final: ao falhar em EMC, tente localizar a fonte de osciladores internos, sob ressonâncias amortecidas ou oscilações parasitas. Se você encontrar a origem, as soluções são mais eficazes, baratas e pequenas.

Arthur médio recebeu seu M.Sc. (1990) e seu Ph. D. (1997) em Engenharia Elétrica pela Universidade de Zaragoza (Espanha), onde ocupou o cargo de professor em EMI/EMC/RF/SI desde 1992. Desde 1990, ele esteve envolvido em P&D projetos nas áreas de EMI/EMC/SI/RF para comunicações, indústria e aplicações científicas/médicas com uma sólida experiência em treinamento, consultoria e solução de problemas para empresas na Espanha, EUA, Suíça, França, Reino Unido, Itália, Bélgica, Alemanha, Canadá, Holanda, Portugal e Singapura. Ele é o fundador do The HF-Magic Lab®, um laboratório especializado para design, diagnóstico, solução de problemas e treinamento nos campos EMI/EMC/SI e RF no I3A (Universidade de Zaragoza), e desde 2011 é instrutor de Besser Associates (CA, EUA) oferece cursos públicos e presenciais em assuntos EMI/EMC/SI/RF nos EUA, especialmente no Vale do Silício/Área da Baía de São Francisco. Ele é Membro Sênior do IEEE, membro ativo de 1999 (Chair 2013-2016) do Comitê Técnico MTT-17 (HF/VHF/UHF) da Microwave Theory and Techniques Society e membro da Electromagnetic Compatibility Society. Arturo pode ser contatado em [email protected]. Web: www.cartoontronics.com.