Redukcja poziomu emisji zaburzeń elektromagnetycznych urządzenia zawierającego konwerter DC/DC oraz wzmacniacz audio pracujący w klasie D
WSTĘP
Badanym obiektem jest urządzenie zawierające system mikroprocesorowy, który steruje pracą wzmacniacza audio klasy D. Całość zasilana jest poprzez przetwornicę napięcia pracującą w konfiguracji step-down.
Do badania wykorzystano skaner EMC firmy EM SCAN, analizator widma FSL-6 firmy Rohde & Schwarz, oscyloskop Tektronix MSO oraz sondy pola bliskiego. Do wstępnej lokalizacji źródła zaburzeń wykorzystano skaner EMC, natomiast do precyzyjnej lokalizacji wykorzystano analizator widma FSL-6 wraz z sondami pola bliskiego. Podejście takie pozwala na precyzyjne zlokalizowanie źródła zaburzeń (dokładność do pojedynczych milimetrów).
Ze względu na fakt, że pomiary wykonywane są w polu bliskim w pierwszej kolejności wykonano pomiar zaburzeń elektromagnetycznych pochodzących z „otoczenia”. Pomiar wykonano w zakresie 30MHz – 1GHz.
WYNIKI
Po wykonaniu pomiaru, włączono zasilanie badanego urządzenia i wykonano pomiar w zakresie 30MHz – 1GHz. W związku z faktem, iż w zakresie 150MHz – 1GHz nie występowały żadne zakłócenia, zmniejszono zakres pomiarowy na zakres 30MHz – 200MHz (celem szybszego wykonywania pomiarów). Otrzymano wynik przedstawiony na Rys. 1.2.
Jak widać na powyższym obrazie, układ generuje znaczne zaburzenia w zakresie częstotliwości 30MHz – 80MHz, jak również zaburzenia dla częstotliwości 86,5MHz.
Podczas wykonywania pomiarów typu „SPATIAL” za pomocą skanera można wstępnie zlokalizować miejsca o znacznym poziomie emisji zaburzeń. Jak widać na powyższym obrazie, znaczne natężenie występuje w okolicach dławika przetwornicy impulsowej.
Kolejnym etapem było lokalizowanie źródeł zaburzeń z podziałem na częstotliwości zaburzeń. Postanowiono wykonać dwa pomiary: pierwszy pomiar został wykonany przy wyłączonym wzmacniaczu mocy, drugi przy włączonym. Dzięki takiemu rozwiązaniu możemy zaobserwować, wpływ pracy wzmacniacza mocy na generowanie zaburzeń.
Na Rys. 1.4 przedstawiono wynik pomiarów przy wyłączonym wzmacniaczu mocy. Na podstawie otrzymanego wyniku możemy stwierdzić, że przyczyna leży w układzie zasilacza impulsowego. Wykonano pomiary oscyloskopem w miejscu połączenia diody z dławikiem, zaobserwowano że w momencie przełączania klucza przetwornicy występują znaczne oscylacje. Po dokładnym pomiarze częstotliwości oscylacji można powiedzieć, że odpowiada ona częstotliwości „szpilki” zaburzeń przedstawionej na Rys. 1.4. Zdecydowano się na zastosowanie układu typu „snubber”. Na podstawie zmierzonej częstotliwości dobrano wartości elementów R, C. Po zamontowaniu układu w obwodzie drukowanym wykonano kolejny pomiar, tym razem z włączonym układem wzmacniacza.
Pomiar wykazał, że udało się zlikwidować znaczne zaburzenia pochodzące z zasilacza impulsowego, jednak nadal pozostał podwyższony poziom zaburzeń w zakresie częstotliwości 30MHz – 80MHz.
Jak widać na Rys. 1.6. główne źródło zaburzeń znajduje się w obwodzie kluczowania tranzystorów mocy.
Przeprowadzono pomiary oscyloskopem, zaobserwowano również znaczne oscylacje podczas przełączania tranzystorów mocy. Sytuacja analogiczna do sytuacji z przetwornicą step-down. Wyznaczono częstotliwość oscylacji, dobrano elementy dla układów „snubber” dołączono je do tranzystorów, zastosowano również koraliki ferrytowe w sygnałach sterowania (Würth Elektronik serii WE-CBF), po wykonaniu zmian w układzie, otrzymano wynik pomiaru przedstawiony na Rys. 1.7.
W celu całkowitej eleminacji zaburzen zdecydowano się na zastosowanie materiału ekranującego. Po zastosowaniu materiału ekranującego ( Würth Elektronik 390 115 A5) dla częstotliwości, dla której obserwowano podwyższony poziom emisji zaburzeń otrzymano zadowalające wyniki pomiarów.
Po wykonaniu zmian, wykonano porównanie dwóch pomiarów: stanu wyjściowego urządzenia, jak również urządzenia po wykonaniu szeregu zmian podczas badań. Wyniki prac można zaobserwować na Rys. 1.8.
PODSUMOWANIE
Z powyższego rysunku wynika, że podczas prac w laboratorium udało się znacznie obniżyć poziom emisji zaburzeń elektromagnetycznych generowanych przez badany układ. Badania nad opisywanym przypadkiem trwały około 5 godzin. Dzięki dostępności sprzętu pomiarowego takiego jak: skaner EMC, analizator widma wraz z sondami oraz oscyloskop o dużej szybkości próbkowania możliwe jest precyzyjne lokalizowanie źródeł zaburzeń. Dzięki dostępowi do elementów EMC firmy Würth Elektronik możliwe jest przeprowadzenie zmian bezpośrednio w trakcie badań i co istotne można na bieżąco obserwować wpływ montowanego elementu na pracę układu. W przypadku doboru elementów/rozwiązania pomocą służą pracownicy laboratorium W2 jak również przedstawiciele firmy Würth Elektronik.
KONTAKT
W przypadku pytań dotyczących badań zachęcamy do kontaktu z pracownikami laboratorium W2: laboratorium@w2.bydgoszcz.pl
W przypadku pytań związanych z katalogami elementów EMC lub darmowymi próbkami prosimy o kontakt z pracownikami firmy WÜRTH ELEKTRONIK: eiSos-poland@we-online.com
