2.7 通过 CISPR 25 Class 5 无金属屏蔽或共模扼流圈

大家好！

我叫 Katelyn Wiggenhorn，

是德州仪器 (TI) 转换器和控制器产品线的

应用工程师。

今天，我将演示 LMS3655，

这是我们的 一款降压转换器，

适用于汽车信息娱乐 系统和 8S 系统以及

噪声敏感型工业系统。

今天，我将重点介绍 LMS3655 的 EMI 性能，

首先介绍开关模式电源

设计相关的挑战，

主要关注 EMI 方面。

PPT 上展示的是

一款降压转换器设计，

这里是开关节点。

以前的降压转换器采用

引线键合封装， 这会导致此高频

开关节点振铃。

这种高频开关节点 振铃可同时耦合

到环境接地 和电路板接地，

这种高频噪声 将耦合并产生

传导发射和辐射发射。

观察此图形的左上角，

这是高频范围内的 传导发射结果，

显示的是发射故障。

这适用于 25 5 类标准，

原因是这属于 高频开关节点振铃，

这种高频开关振铃

带来的设计挑战 非常难解决，

而且使用以前用于

开关模式电源中的 输入 EMI 滤波器

很难滤除这种高频振铃。

这使设计人员尝试 使用共模扼流圈，

甚至是金属罩， 或这两者的组合，

从而符合这些严格的 CISPR-25 5 类标准。

反过来，这会 增加设计成本，

也会增加解决方案的大小。

因此，我们设计了 LMS3655，

就是为了解决 设计人员所面临的

上述 EMI 挑战。

您可以从本幻灯片 右上角的图形中

看到没有受到干扰的 LMS3655 开关节点，

它与上一张幻灯片中的

开关节点振铃 形成鲜明对比。

这是因为 VSON 封装消除了

键合线。

通过消除键合线，

您可以消除会导致

开关节点振铃的 寄生效应，最终

改善辐射发射结果中的

高频发射。

右下角是 LMS3655 引脚排列。

引脚呈对称排列，并针对 EMI 性能进行了优化。

具体而言，您可以看到两个 VIN 引脚和两个接地引脚，

位于器件的 右侧和左侧。

因此能够将两个 高频旁路电容器

布置得尽可能 靠近器件两侧，

从而更大程度 减小接地环路

并最终提高 EMI 性能。

第三，LMS3655 具有通过芯片设计实现的

展频特性。

展频特性是一种 假随机模式，

它将开关频率 分布在更宽的范围内，

并最终降低传导和辐射

发射峰值。

具体请看幻灯片这里，

左侧图形展示了

LMS3655 不带展频的传导发射

结果，右侧是

LMS3655 带展频的传导发射

结果。

峰值发射减少了 多达 10dB。

具体请看右侧 图形中的蓝色线条。

与不带展频的 LMS3655 相比，

峰值发射降低了多达 10dB。

因此，高频发射 非常难以滤除，

使用输入 EMI 滤波器也是如此。

LMS3655 在不采用共模 扼流圈和金属屏蔽层的条件下，

也符合 CISPR-25 5 类标准，

在低频范围 和高频范围内

均如此。

这里是 TIDA-01388

双端口 USB 充电器解决方案，

符合 CISPR-25 5 类标准。

从方框图中，您可以

看到前端是一个 管状 EMI 滤波器，

直接连接到 LMS3655 Q1

器件。

这也意味着连接时 不采用共模扼流圈、

不采用金属屏蔽层，

也符合这些标准。

这里是 TI 设计的 EVM 电路板，

这里是 LMS3655 器件。

该器件可实现

符合 CISPR-25 5 类标准的设计，

也可实现小型 解决方案尺寸。

我们在 EMI 暗室中 对电路板进行设置，

并演示这款 TI 设计

如何符合 CISPR-25 标准。

现在，我们在 EMI 暗室中。

为获得最终传导发射 和辐射发射结果，

我们使用第三方 认证的实验室，

但对于测试，我们 可以在实验室中

进行内部测试。

在这里，您可以 看到复位开关，

它与此处的 频谱分析仪相连

并通过背面 连接到电源。

在这里，您可以看到这些导线 连接到 TI 设计 EVM

电路板，这里 是开关节点。

同样，开关节点上 没有金属屏蔽层。

在输出端 有两个 USB 端口

连接到两根 USB 线缆。

由于这些线缆非常长，

任何高频耦合 都将向后耦合

到频谱分析仪，

传导结果中也有所体现。

如大家所见，我 正在为两部手机充电，

这是一个实际应用。

现在，我们来看看

传导发射结果。

现在，我们已经 完成了 TI 设计板

在 EMI 暗室中的设置， 下面我们来使用频谱分析仪

和我身后的电源

来看看传导发射结果。

这里是低频

传导发射结果。

从 150 KHz 开始，

而后是 1、10、 20 和 30 兆赫兹。

您可以看到，蓝色 信号是平均干扰结果，

黄色信号是传导发射

峰值结果。

这四条红线是 CISPR-25 5 类

平均限值，与 蓝色信号对应。

上面的四条红线是

CISPR-25 5 类 峰值限值，与之对应的是

黄色信号。

现在，我们看看 第一批峰值发射中的

黄色和蓝色信号， 可以看到这个峰值点

为 400kHz。

这与降压转换器的

开关频率相对应。

然后是 800kHz、1.2 兆赫兹等等，

这些是开关 频率的谐波。

大家会发现， 一旦进入该区域，

不再出现任何峰值，

这是由于展频特性

对开关频率 进行了抖动处理。

现在，TI 设计板通过了

低频范围，下面 进入具有挑战性的

高频区域。

现在，我们更改 频谱分析仪设置

来查看高频带。

同样，我们 看到蓝色线条

代表平均信号， 黄色线条代表峰值信号。

这次，我们将 观察30、40、

50、60、80

至 100 兆赫兹范围。

FM 频段 范围很严苛，

因此这是很难 通过的区域。

您将看到这两条红线是

CISPR-25 5 类平均限值，

对应蓝线信号， 这三条线代表

峰值限值，对应于

黄色信号。

因此，您可以看到，即使在 这种严苛的 FM 频带范围内，

平均限值与平均信号

以及峰值信号 与峰值信号之间的裕度

也超过 10dB。

在这个区域，您不仅会

看到 TI 设计板 LMS3655 处于有效状态，

也会看到 USB 控制器 在该区域中也处于有效状态。

由于 LMS3655 具有 这种经过优化的 EMI 性能，

因此即使在 FM 频带以及

整个高频范围内， 也存在较大的裕度。

总之，LMS3655 在不采用 共模扼流圈和金属屏蔽层的情况下，

也符合 CISPR-25 5 类标准。

如需更多信息，请访问

屏幕上的网站。

谢谢观看。

大家好！

我叫 Katelyn Wiggenhorn，

是德州仪器 (TI) 转换器和控制器产品线的

应用工程师。

今天，我将演示 LMS3655，

这是我们的 一款降压转换器，

适用于汽车信息娱乐 系统和 8S 系统以及

噪声敏感型工业系统。

今天，我将重点介绍 LMS3655 的 EMI 性能，

首先介绍开关模式电源

设计相关的挑战，

主要关注 EMI 方面。

PPT 上展示的是

一款降压转换器设计，

这里是开关节点。

以前的降压转换器采用

引线键合封装， 这会导致此高频

开关节点振铃。

这种高频开关节点 振铃可同时耦合

到环境接地 和电路板接地，

这种高频噪声 将耦合并产生

传导发射和辐射发射。

观察此图形的左上角，

这是高频范围内的 传导发射结果，

显示的是发射故障。

这适用于 25 5 类标准，

原因是这属于 高频开关节点振铃，

这种高频开关振铃

带来的设计挑战 非常难解决，

而且使用以前用于

开关模式电源中的 输入 EMI 滤波器

很难滤除这种高频振铃。

这使设计人员尝试 使用共模扼流圈，

甚至是金属罩， 或这两者的组合，

从而符合这些严格的 CISPR-25 5 类标准。

反过来，这会 增加设计成本，

也会增加解决方案的大小。

因此，我们设计了 LMS3655，

就是为了解决 设计人员所面临的

上述 EMI 挑战。

您可以从本幻灯片 右上角的图形中

看到没有受到干扰的 LMS3655 开关节点，

它与上一张幻灯片中的

开关节点振铃 形成鲜明对比。

这是因为 VSON 封装消除了

键合线。

通过消除键合线，

您可以消除会导致

开关节点振铃的 寄生效应，最终

改善辐射发射结果中的

高频发射。

右下角是 LMS3655 引脚排列。

引脚呈对称排列，并针对 EMI 性能进行了优化。

具体而言，您可以看到两个 VIN 引脚和两个接地引脚，

位于器件的 右侧和左侧。

因此能够将两个 高频旁路电容器

布置得尽可能 靠近器件两侧，

从而更大程度 减小接地环路

并最终提高 EMI 性能。

第三，LMS3655 具有通过芯片设计实现的

展频特性。

展频特性是一种 假随机模式，

它将开关频率 分布在更宽的范围内，

并最终降低传导和辐射

发射峰值。

具体请看幻灯片这里，

左侧图形展示了

LMS3655 不带展频的传导发射

结果，右侧是

LMS3655 带展频的传导发射

结果。

峰值发射减少了 多达 10dB。

具体请看右侧 图形中的蓝色线条。

与不带展频的 LMS3655 相比，

峰值发射降低了多达 10dB。

因此，高频发射 非常难以滤除，

使用输入 EMI 滤波器也是如此。

LMS3655 在不采用共模 扼流圈和金属屏蔽层的条件下，

也符合 CISPR-25 5 类标准，

在低频范围 和高频范围内

均如此。

这里是 TIDA-01388

双端口 USB 充电器解决方案，

符合 CISPR-25 5 类标准。

从方框图中，您可以

看到前端是一个 管状 EMI 滤波器，

直接连接到 LMS3655 Q1

器件。

这也意味着连接时 不采用共模扼流圈、

不采用金属屏蔽层，

也符合这些标准。

这里是 TI 设计的 EVM 电路板，

这里是 LMS3655 器件。

该器件可实现

符合 CISPR-25 5 类标准的设计，

也可实现小型 解决方案尺寸。

我们在 EMI 暗室中 对电路板进行设置，

并演示这款 TI 设计

如何符合 CISPR-25 标准。

现在，我们在 EMI 暗室中。

为获得最终传导发射 和辐射发射结果，

我们使用第三方 认证的实验室，

但对于测试，我们 可以在实验室中

进行内部测试。

在这里，您可以 看到复位开关，

它与此处的 频谱分析仪相连

并通过背面 连接到电源。

在这里，您可以看到这些导线 连接到 TI 设计 EVM

电路板，这里 是开关节点。

同样，开关节点上 没有金属屏蔽层。

在输出端 有两个 USB 端口

连接到两根 USB 线缆。

由于这些线缆非常长，

任何高频耦合 都将向后耦合

到频谱分析仪，

传导结果中也有所体现。

如大家所见，我 正在为两部手机充电，

这是一个实际应用。

现在，我们来看看

传导发射结果。

现在，我们已经 完成了 TI 设计板

在 EMI 暗室中的设置， 下面我们来使用频谱分析仪

和我身后的电源

来看看传导发射结果。

这里是低频

传导发射结果。

从 150 KHz 开始，

而后是 1、10、 20 和 30 兆赫兹。

您可以看到，蓝色 信号是平均干扰结果，

黄色信号是传导发射

峰值结果。

这四条红线是 CISPR-25 5 类

平均限值，与 蓝色信号对应。

上面的四条红线是

CISPR-25 5 类 峰值限值，与之对应的是

黄色信号。

现在，我们看看 第一批峰值发射中的

黄色和蓝色信号， 可以看到这个峰值点

为 400kHz。

这与降压转换器的

开关频率相对应。

然后是 800kHz、1.2 兆赫兹等等，

这些是开关 频率的谐波。

大家会发现， 一旦进入该区域，

不再出现任何峰值，

这是由于展频特性

对开关频率 进行了抖动处理。

现在，TI 设计板通过了

低频范围，下面 进入具有挑战性的

高频区域。

现在，我们更改 频谱分析仪设置

来查看高频带。

同样，我们 看到蓝色线条

代表平均信号， 黄色线条代表峰值信号。

这次，我们将 观察30、40、

50、60、80

至 100 兆赫兹范围。

FM 频段 范围很严苛，

因此这是很难 通过的区域。

您将看到这两条红线是

CISPR-25 5 类平均限值，

对应蓝线信号， 这三条线代表

峰值限值，对应于

黄色信号。

因此，您可以看到，即使在 这种严苛的 FM 频带范围内，

平均限值与平均信号

以及峰值信号 与峰值信号之间的裕度

也超过 10dB。

在这个区域，您不仅会

看到 TI 设计板 LMS3655 处于有效状态，

也会看到 USB 控制器 在该区域中也处于有效状态。

由于 LMS3655 具有 这种经过优化的 EMI 性能，

因此即使在 FM 频带以及

整个高频范围内， 也存在较大的裕度。

总之，LMS3655 在不采用 共模扼流圈和金属屏蔽层的情况下，

也符合 CISPR-25 5 类标准。

如需更多信息，请访问

屏幕上的网站。

谢谢观看。