EMI rayonné à partir d'un convertisseur abaisseur

Les problèmes de rayonnement CEM dans les gammes HF/VHF sont typiques des produits dotés d'alimentations à découpage (SMPS) comme par exemple les convertisseurs flyback et buck. Habituellement, aucune puissance élevée n'est nécessaire pour émettre des signaux bien au-delà des limites CEM légales.

Le sujet de ce mois est lié au dépannage d'un problème EMC rayonné en gamme VHF à partir d'un produit de faible puissance (dizaines de watts).

La figure 1 est le champ rayonné par rapport aux limites CISPR obtenues dans une chambre semi-anéchoïque, avec le produit situé à 1,0 m au-dessus du plan du sol, sur une table en bois et à 3,0 m de l'antenne de réception (polarisation horizontale).

Figure 1 : Le problème de CEM rayonné à partir des tests.

Le non-respect de la réglementation dans le système d'origine (trace verte) se situait aux alentours de 145 MHz. L'antenne du produit était le câble d'alimentation secteur (le mouvement du câble et une grosse ferrite toroïdale ont été utilisés pour le confirmer).

Comme d'habitude (et recommandé), la prochaine étape du projet consistait à trouver la source du signal EMI pour trouver une solution à faible coût/taille.

Une sonde de champ proche a été utilisée autour des pièces de l'équipement : deux petits PCB (cartes de circuits imprimés), des câbles, un petit clavier, un écran et un boîtier métallique. La source d'EMI était située autour d'un appareil LM25010SD dans l'un des PCB. Cet appareil est un régulateur à découpage abaisseur 42 V, 1,0 A de National Semiconductor (maintenant Texas Instruments).

Le convertisseur commutait près de 200 kHz, alors comment un tel circuit "basse fréquence" pouvait-il générer le signal VHF ?

Les convertisseurs abaisseurs sont des convertisseurs DC-DC abaisseurs inclus dans de nombreux produits grand public, informatiques et de communication en raison de leur simplicité et de leur faible coût. Le convertisseur abaisseur est une alimentation à découpage (SMPS) utilisant une inductance, un condensateur et un transistor et des commutateurs à diode stockant l'énergie dans l'inductance et la déchargeant périodiquement dans la charge, comme illustré à la figure 2.

Figure 2 : Schéma et fonctionnement du convertisseur abaisseur avec Q1 ON et OFF.

Une description complète de cette topologie peut être trouvée dans de nombreux ouvrages sur le sujet.

Pour comprendre le problème, le signal magnétique de la sonde de champ proche a été utilisé à nouveau et une activité très élevée a été trouvée sur les traces (A) et (B) de la figure 2.

Une sonde de courant de 1 GHz a été utilisée comme le montre la photo de la figure 3a pour visualiser le courant à travers la diode D1 sur un Agilent DSO7104B (trace rouge).

À partir de l'analyse théorique buck, le courant traversant la diode était presque triangulaire mais un transitoire à grande vitesse a été trouvé au moment où la diode a été éteinte.

Un zoom a été effectué sur la mesure de la sonde de courant pour trouver une sonnerie à haute fréquence (trace bleue) à 146,2 MHz, comme illustré à la figure 3b. Le signal est comparé à celui de la sonde de champ proche au-dessus du convertisseur (trace rose).

Figure 3 : Courant de diode et tension de cathode (a) et courant de diode et détail de la sonde de champ proche (b).

Pour ajouter un peu d'amortissement à ce comportement résonant de l'effet de récupération de diode, une petite perle de ferrite SMD a été incluse dans la trace (A) en série avec la sortie du LM25010SD (la sortie MOSFET).

La sonnerie sur la mesure de la diode de courant a disparu et un nouveau test à la chambre semi-anéchoïque a été effectué pour obtenir la courbe noire pour le système fixe de la figure 4.

Figure 4 : Les émissions d'origine (vert) par rapport aux émissions finales (noir).

Mon dernier conseil: en cas d'échec en CEM, essayez de localiser la source à partir d'oscillateurs internes, sous des résonances amorties ou des oscillations parasites. Si vous trouvez l'origine, les solutions sont plus efficaces, bon marché et petites.

Arthur Moyen a reçu son M.Sc. (1990) et son doctorat (1997) en génie électrique de l'Université de Saragosse (Espagne), où il a occupé une chaire d'enseignement en EMI/EMC/RF/SI à partir de 1992. Depuis 1990, il a été impliqué dans la R&D projets dans les domaines EMI/EMC/SI/RF pour les communications, l'industrie et les applications scientifiques/médicales avec une solide expérience dans la formation, le conseil et le dépannage pour des entreprises en Espagne, aux États-Unis, en Suisse, en France, au Royaume-Uni, en Italie, en Belgique, en Allemagne, au Canada, Pays-Bas, Portugal et Singapour. Il est le fondateur du HF-Magic Lab®, un laboratoire spécialisé pour la conception, le diagnostic, le dépannage et la formation dans les domaines EMI/EMC/SI et RF à l'I3A (Université de Saragosse), et depuis 2011, il est instructeur pour Besser Associates (CA, États-Unis) propose des cours publics et sur site sur les sujets EMI/EMC/SI/RF à travers les États-Unis, en particulier dans la Silicon Valley/la baie de San Francisco. Il est membre senior de l'IEEE, membre actif depuis 1999 (président 2013-2016) du comité technique MTT-17 (HF/VHF/UHF) de la Microwave Theory and Techniques Society et membre de la Electromagnetic Compatibility Society. Arturo peut être contacté à [email protected]. Web : www.cartoontronics.com.

arturo medianoemcemiconseils pratiques

Arturo Mediano a obtenu son M.Sc. (1990) et son doctorat (1997) en génie électrique de l'Université de Saragosse (Espagne), où il a occupé une chaire d'enseignement en EMI/EMC/RF/SI à partir de 1992. Depuis 1990, il a été impliqué dans la R&D projets dans les domaines EMI/EMC/SI/RF pour les communications, l'industrie et les applications scientifiques/médicales avec une solide expérience dans la formation, le conseil et le dépannage pour des entreprises en Espagne, aux États-Unis, en Suisse, en France, au Royaume-Uni, en Italie, en Belgique, en Allemagne, au Canada, Pays-Bas, Portugal et Singapour. Il est le fondateur du HF-Magic Lab®, un laboratoire spécialisé pour la conception, le diagnostic, le dépannage et la formation dans les domaines EMI/EMC/SI et RF à l'I3A (Université de Saragosse), et depuis 2011, il est instructeur pour Besser Associates (CA, États-Unis) propose des cours publics et sur site sur les sujets EMI/EMC/SI/RF à travers les États-Unis, en particulier dans la Silicon Valley/la baie de San Francisco. Il est membre senior de l'IEEE, membre actif depuis 1999 (président 2013-2016) du comité technique MTT-17 (HF/VHF/UHF) de la Microwave Theory and Techniques Society et membre de la Electromagnetic Compatibility Society.

Bonjour, Ph. Arturo Mediano ! Je suis intéressé par les besoins exacts des billes de ferrite dans ce cas ?

Vitali

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