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

在关键环路下添加接地平面

我们可通过紧凑的布局最大限度地减小关键环路面积 A,但是,这种方法会受到元件物理尺寸的限制。为了获得低 EMI,我们可采取的其中一项重要措施便是在开关环路下添加接地平面。将整层 GND 覆铜平面置于开关环路下方即可为电路建立无源屏蔽。根据楞次定律,屏蔽层中的电流会产生一个磁场来抵消原有开关回路磁场。结果是磁通量减少,因此等效环路面积将减小,EMI 性能将提高。

在包含接地平面的多层 PCB 中,给定环路的近似电感可通过Equation3 计算:

Equation3. GUID-20200826-CA0I-D7HP-DSCF-PRNC2P332FRS-low.gif
其中

  • μo=4π x 10-7
  • h 是信号层和地平面之间的绝缘厚度。
  • Wg 是接地平面的宽度。

根据Equation3,我们可以看到,接地平面越宽越大,信号环路电感就越小。接地平面和信号环路之间的绝缘厚度越薄,也会使电感减小。

表 2-1 给出了不同 PCB 板上给定环路的电感。我们可以看到,对于信号层和接地平面之间绝缘厚度为 0.4mm 的 4 层 PCB,布线电感比 1.6mm 厚的 2 层 PCB 小得多。因此,放置一个与关键环路距离最小的实心接地平面是降低 EMI 的有效方法之一。

表 2-1 环路布线电感(布线长度 = 5cm)

PCB

h (mm)

Wg(mm)

L(nH)

2 层 PCB

1.6

10

4.8

4 层 PCB

0.4

10

1.2

图 2-3 所示为 2 层 PCB 和 4 层 PCB 的横截面。图 2-4 所示为 2 层 PCB 的辐射 EMI 结果,图 2-5 所示为 4 层 PCB 的辐射 EMI。层叠方式和 PCB 横截面与图 2-4 所示类似。元件放置方式和测试条件均相同时,4 层 PCB 的辐射 EMI 减少了 15dBuV/m 以上。

GUID-20200826-CA0I-JD24-5B2P-69RFZCGRC4ZR-low.png图 2-3 两层板和四层板的横截面
GUID-20200826-CA0I-FFPP-X2SL-5NP30JWVFS44-low.png图 2-4 2 层 PCB 的辐射 EMI 结果
GUID-20200826-CA0I-C7RJ-D1VM-LQ7FW3TDRCJ1-low.png图 2-5 4 层 PCB 的辐射 EMI 结果