DC/DC converter post layout conducted emission modelling

The aim of this thesis is to develop and describe an innovative method that, exploiting the post-layout simulation, allows to model the electromagnetic conducted emission of an electronic board. The parameters that influence more the electromagnetic compatibility were identified and characterized. Then, the procedure to obtain a consistent simulation was described for every different phenomenon. What makes this procedure efficient and effective is the possibility to highlight the conducted emission issues while the board is designed, when the most suitable solutions can be achieved saving time and resources during the test campaign. In the following dissertation, the proposed methodology was applied for the study of a switch-mode power supply (SMPS) conducted emission because these circuits easily generate electromagnetic pollution and are widely implemented, their application ranges from a mobile phone power supply to the distribution grid of a satellite. As a case study we modelled, using PSpice, a DC/DC converter space board which was not compliant during the conducted emission measurement. The modelling approach can be used immediately, together with the actual boards, to identify and remove the root-causes of the EMC problems in the old designs. Iterating the described strategy for more and more projects allows to collect the typical values for the parameters, which are usually not known or not possible to measure before the manufacturing phase. The acquired information can be stored in a database to be able to predict and avoid the possible non-compliances in the next designs. Once the model was completed, the obtained solutions were also tested on the actual device showing how to achieve the result in a real environment.

Nel seguente elaborato è sviluppato e presento un metodo innovativo che, sfruttando la simulazione circuitale post-layout, permette di modellare le emissioni elettromagnetiche condotte di una scheda elettronica. I parametri che influiscono maggiormente sulla compatibilità elettromagnetica sono stati individuati, la procedura per caratterizzarli e, successivamente, inserirli nell'ambiente di simulazione è stata ottimizzata e descritta per ogni fenomeno. Ciò che rende la nuova metodologia efficace è la possibilità di individuare le problematiche riguardanti le emissioni condotte nella la fase di progettazione, cioè quando le migliori azioni correttive possono essere poste in essere, risparmiando tempo e risorse durante le campagne di test. Il metodo proposto è stato applicato allo studio delle emissioni condotte di un alimentatore a commutazione, in quanto questo tipo di circuiti sono fonte di inquinamento elettromagnetico e trovano applicazione in una vasta pluralità di ambiti, dal caricabatteria di ogni telefono cellulare fino ad arrivare alla rete di distribuzione dell’energia a bordo dei satelliti. Come caso studio è stato analizzato, usando PSpice, un convertitore DC/DC per uso spaziale che presentava alcuni fuori-specifica nelle misure di emissioni condotte. L’approccio proposto può essere impiegato, con il supporto delle schede prodotte, per identificare ed eliminare le problematiche di EMC nei design già portati a termine. Applicando questa metodologia ad ogni nuovo progetto è possibile conoscere i valori tipicamente assunti dai parametri che non possono essere caratterizzati prima della fase di produzione. Le informazioni acquisite, una volta archiviate in un database, saranno utili per i successivi design. Completato il modello, le soluzioni ricavate da quest’ultimo sono state testate in laboratorio mostrando come applicare la procedura descritta in un ambiente reale.