EMI radiada de un convertidor Buck

Los problemas de radiación de EMC en los rangos de HF/VHF son típicos en productos con fuentes de alimentación conmutadas (SMPS) como, por ejemplo, convertidores flyback y buck. Por lo general, no se necesita alta potencia para radiar señales muy por encima de los límites legales de EMC.

El tema de este mes está relacionado con la solución de problemas de radiación de EMC en el rango VHF de un producto de baja potencia (decenas de vatios).

La figura 1 es el campo radiado frente a los límites CISPR obtenidos en una cámara semianecoica, con el producto ubicado a 1,0 m sobre el plano del suelo, sobre una mesa de madera ya 3,0 m de la antena receptora (polarización horizontal).

Figura 1: El problema de EMC radiado de las pruebas.

El incumplimiento de la normativa en el sistema original (traza verde) se localizaba en torno a los 145 MHz. La antena del producto era el cable de alimentación de red (se utilizó movimiento de cable y una gran ferrita toroidal para confirmarlo).

Como de costumbre (y recomendado), el siguiente paso en el proyecto fue encontrar la fuente de la señal EMI para encontrar una solución de bajo costo/tamaño.

Se utilizó una sonda de campo cercano alrededor de las partes del equipo: dos pequeños PCB (placas de circuito impreso), algunos cables, un pequeño teclado, una pantalla y una caja metálica. La fuente de EMI estaba ubicada alrededor de un dispositivo LM25010SD en una de las PCB. Este dispositivo es un regulador de conmutación reductor reductor de 42 V, 1,0 A de National Semiconductor (ahora Texas Instruments).

El convertidor estaba cambiando cerca de 200 kHz, entonces, ¿cómo podría un circuito de "baja frecuencia" generar la señal VHF?

Los convertidores reductores son convertidores CC-CC reductores incluidos en muchos productos de consumo, informáticos y de comunicación debido a su simplicidad y bajo costo. El convertidor reductor es una fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS) que utiliza un inductor, un condensador y un transistor y un interruptor de diodo que almacena energía en el inductor y la descarga en la carga periódicamente, como se muestra en la Figura 2.

Figura 2: Esquema y operación del convertidor reductor con Q1 ENCENDIDO y APAGADO.

Una descripción completa de esta topología se puede encontrar en muchos libros sobre el tema.

Para comprender el problema, se utilizó nuevamente la señal de la sonda de campo cercano magnético y se encontró una actividad muy alta en las trazas (A) y (B) en la Figura 2.

Se utilizó una sonda de corriente de 1 GHz como se muestra en la foto de la Figura 3a para visualizar la corriente a través del diodo D1 en un Agilent DSO7104B (trazo rojo).

Según el análisis teórico de Buck, la corriente a través del diodo era casi triangular, pero se encontró un transitorio de alta velocidad en el momento en que se apagó el diodo.

Se realizó un zoom de la medición de la sonda actual y se encontró un timbre de alta frecuencia (trazo azul) a 146,2 MHz, como se muestra en la Figura 3b. La señal se compara con la de la sonda de campo cercano en la parte superior del convertidor (trazo rosa).

Figura 3: Corriente de diodo y voltaje de cátodo (a) y corriente de diodo y detalle de sonda de campo cercano (b).

Para agregar algo de amortiguamiento a ese comportamiento resonante del efecto de recuperación del diodo, se incluyó una pequeña perla de ferrita SMD en la traza (A) en serie con la salida de LM25010SD (la salida MOSFET).

Desapareció el zumbido en la medición del diodo actual y se realizó una nueva prueba en la cámara semianecoica obteniendo la curva negra para el sistema fijo de la Figura 4.

Figura 4: Las emisiones originales (verde) frente a las finales (negras).

Mi consejo final: cuando falle en EMC, intente ubicar la fuente en osciladores internos, bajo resonancias amortiguadas u oscilaciones parásitas. Si encuentras el origen, las soluciones son más efectivas, baratas y pequeñas.

Arturo Mediano recibió su M.Sc. (1990) y su doctorado (1997) en Ingeniería Eléctrica por la Universidad de Zaragoza (España), donde ha ocupado una cátedra de docencia en EMI/EMC/RF/SI desde 1992. Desde 1990, ha estado involucrado en I+D proyectos en campos EMI/EMC/SI/RF para comunicaciones, industria y aplicaciones científico/médicas con una sólida experiencia en formación, consultoría y resolución de problemas para empresas en España, USA, Suiza, Francia, Reino Unido, Italia, Bélgica, Alemania, Canadá, Países Bajos, Portugal y Singapur. Es fundador de The HF-Magic Lab®, laboratorio especializado en diseño, diagnóstico, resolución de problemas y formación en los campos EMI/EMC/SI y RF en el I3A (Universidad de Zaragoza), y desde 2011 es instructor de Besser Associates (CA, EE. UU.) que ofrece cursos públicos e in situ sobre temas de EMI/EMC/SI/RF en los EE. UU., especialmente en Silicon Valley/Área de la Bahía de San Francisco. Es miembro sénior del IEEE, miembro activo desde 1999 (presidente 2013-2016) del Comité Técnico MTT-17 (HF/VHF/UHF) de la Sociedad de Teoría y Técnicas de Microondas y miembro de la Sociedad de Compatibilidad Electromagnética. Se puede contactar a Arturo en [email protected]. Web: www.cartoontronics.com.

arturo medianoemcemiconsejos prácticos

Arturo Mediano recibió su M.Sc. (1990) y su doctorado (1997) en Ingeniería Eléctrica por la Universidad de Zaragoza (España), donde ha ocupado una cátedra de docencia en EMI/EMC/RF/SI desde 1992. Desde 1990, ha estado involucrado en I+D proyectos en campos EMI/EMC/SI/RF para comunicaciones, industria y aplicaciones científico/médicas con una sólida experiencia en formación, consultoría y resolución de problemas para empresas en España, USA, Suiza, Francia, Reino Unido, Italia, Bélgica, Alemania, Canadá, Países Bajos, Portugal y Singapur. Es fundador de The HF-Magic Lab®, laboratorio especializado en diseño, diagnóstico, resolución de problemas y formación en los campos EMI/EMC/SI y RF en el I3A (Universidad de Zaragoza), y desde 2011 es instructor de Besser Associates (CA, EE. UU.) que ofrece cursos públicos e in situ sobre temas de EMI/EMC/SI/RF en los EE. UU., especialmente en Silicon Valley/Área de la Bahía de San Francisco. Es miembro sénior del IEEE, miembro activo desde 1999 (presidente 2013-2016) del Comité Técnico MTT-17 (HF/VHF/UHF) de la Sociedad de Teoría y Técnicas de Microondas y miembro de la Sociedad de Compatibilidad Electromagnética.

¡Hola, Ph. Arturo Mediano! Estoy interesado en ¿cuál es exactamente la perla de ferrita que necesita en este caso?

Vitalí

Quiero decir, ¿cuál?

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