Razvojni inženirji, ki se ukvarjajo z aplikacijami z elektromagnetnimi motnjami (EMI), se običajno soočajo z dvema velikima izzivoma: potreba po zmanjšanju EMI svojih zasnov, hkrati pa tudi zmanjšanje velikosti naprave.
Texas Instruments
Avtor: Tim Hegarty
2021-300-32
Pasivno filtriranje za ublažitev izvedene EMI, ki jo generira stikalni napajalnik, zagotavlja skladnost z izvedenimi EMI standardi, vendar je ta metoda lahko v nasprotju s potrebo po povečanju gostote moči nizkih EMI zasnov, zlasti glede na škodljive učinke večje stikalne hitrosti na celotnem EMI. Ti pasivni filtri so ponavadi obsežni in lahko zavzamejo do 30% celotne prostornine rešitve za napajanje. Zato je zmanjšanje volumna EMI filtra ob hkratnem povečevanju gostote moči prednostna naloga razvijalcev sistemov.
Tehnologija aktivnega EMI filtriranja (AEF) je razmeroma nov pristop k filtriranju EMI, zmanjšuje EMI in omogoča inženirjem, da dosežejo znatno zmanjšanje velikosti in stroškov pasivnega filtra, skupaj z izboljšano zmogljivostjo EMI. Za ponazoritev ključnih prednosti, ki jih lahko ponuja AEF v smislu zmogljivosti EMI in prihranka prostora, bom v tem tehničnem članku pregledal rezultate avtomobilske zasnove sinhronega krmilnika z integrirano funkcijo AEF.
EMI filtriranje
Pasivno filtriranje zmanjšuje prevodne emisije močnostnega elektronskega vezja z uporabo tuljav in kondenzatorjev, da ustvari neskladje impedance na tokovni poti EMI. Nasprotno pa aktivno filtriranje zazna napetost na vhodnem priključku in ustvari tok nasprotne faze, ki se neposredno izniči z EMI tokom, ki ga ustvari stikalna stopnja.
V tem kontekstu si oglejte poenostavljeno pasivno in aktivno filtrirno vezje na sliki 1, kjer iN oziroma ZN označujeta trenutni vir in impedanco Nortonovega ekvivalenta za šum diferenčnega načina DC / DC regulatorja.
Aktivni EMI filter, konfiguriran z zaznavanjem napetosti in izničenjem toka (VSCC) na sliki 1b, uporablja vezje operacijskega ojačevalnika (op-amp) kot kapacitivni multiplikator za zamenjavo filtrnega kondenzatorja (CF) v pasivni izvedbi. Kot je prikazano, aktivne injekcijske in kompenzacijske impedance filtra uporabljajo razmeroma nizke kapacitivne vrednosti komponent v majhnih ohišjih za oblikovanje ojačevalnega izraza, označenega z GOP. Učinkovito aktivno kapacitivnost nastavita ojačitev vezja operacijskega ojačevalnika in kondenzator (CINJ).
Slika 1 vključuje izraze za efektivne mejne frekvence filtra. Učinkovit GOP omogoča aktivno zasnovo z zmanjšanimi vrednostmi tuljave in kondenzatorja ter mejno frekvenco, enakovredno pasivni izvedbi.
Izboljšana zmogljivost filtriranja.
Slika 2 primerja zasnove pasivnih in aktivnih EMI filtrov, ki temeljijo na izvedenih EMI testih, da bi izpolnili standard razreda 5 Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) z uporabo vršnih detektorjev in detektorjev povprečja. Vsaka zasnova uporablja močnostno stopnjo, ki temelji na LM25149-Q1 sinhronem DC / DC krmilniku, ki zagotavlja izhod 5 V in 6 A iz 13,5 V vhoda avtomobilske baterije. Stikalna frekvenca je 440 kHz.
Slika 3 prikazuje rezultate pri omogočanju in onemogočanju AEF vezja. Aktivni EMI filter prikazuje veliko boljše dušenje nizke in srednje frekvence v primerjavi z nefiltriranim ali surovim šumom. Osnovna frekvenčna komponenta pri 440 kHz ima najvišjo EMI raven znižano za skoraj 50 dB, tako da razvijalci veliko lažje izpolnjujejo stroge zahteve glede EMI.
Prihranek prostora na TIV
Slika 4 ponuja primerjavo postavitve tiskanega vezja (TIV) pasivnih in aktivnih stopenj filtra, ki dajejo rezultate na sliki 2. Ohišje tuljave se zmanjša s 5 x 5 mm na 4 x 4 mm. Poleg tega dva 1210 kondenzatorja, ki znatno degradirata z napetostjo, se nadomestita z več majhnimi stabilnimi 0402 komponentami za AEF zaznavanje in kompenzacijo. Ta rešitev filtra zmanjša površino vezja za skoraj 50%, medtem ko se prostornina zmanjša za več kot 75%.
Prednosti pasivnih komponent
Kot sem že omenil, nižja vrednost induktivnosti filtra za AEF zmanjša velikost vezja in stroške v primerjavi s tuljavo v pasivni zasnovi filtra. Poleg tega ima fizično manjša tuljava običajno geometrijo navijanja z nižjo kapacitivnostjo parazitskega navijanja in višjo lastno resonančno frekvenco, kar vodi do boljših filtrirnih zmogljivosti v višjem frekvenčnem območju za CISPR 25: 30 MHz do 108 MHz.
Nekateri avtomobilski modeli zahtevajo dva zaporedno priključena vhodna kondenzatorja za varno stabilnost, kadar sta priključena neposredno iz akumulatorja. Posledično lahko aktivno vezje podpira dodaten prihranek prostora, saj se majhni kondenzatorji za zaznavanje 0402/0603 zaporedno priključijo, da zamenjajo več 1210 kondenzatorjev. Manjši kondenzatorji poenostavljajo nabavo komponent, saj so komponente na voljo in niso omejene z oskrbo.
Zaključek
Med nenehnim poudarkom na EMI, zlasti v avtomobilskih aplikacijah, aktivni filter, ki uporablja zaznavanje napetosti in iniciranje toka, omogoča nizek EMI podpis in na koncu vodi do manjše površine in prostornine ter izboljšanih stroškov rešitev. Integracija AEF vezja s sinhronim krmilnikom pomaga rešiti kompromise med nizko EMI in visoko gostoto moči v aplikacijah DC / DC regulatorjev.
Povzeto po: https://bit.ly/3dCpMai
