Les ingénieurs concepteurs travaillant sur des applications à faible interférence électromagnétique (EMI) sont généralement confrontés à deux défis majeurs: la nécessité de réduire l'EMI de leurs conceptions tout en réduisant la taille de la solution. Le filtrage passif frontal pour atténuer les EMI conduites générées par l'alimentation à découpage garantit la conformité aux normes EMI conduites, mais cette méthode peut être en contradiction avec la nécessité d'augmenter la densité de puissance des conceptions à faible EMI, en particulier compte tenu des effets néfastes d'une vitesses de commutation sur la signature EMI globale. Ces filtres passifs ont tendance à être encombrants et peuvent occuper jusqu'à 30% du volume total de la solution d'alimentation. Par conséquent, minimiser le volume du filtre EMI tout en augmentant la densité de puissance reste une priorité pour les concepteurs de systèmes.
Filtrage EMI actif (AEF) sans souci, une approche relativement nouvelle du filtrage EMI, atténue les EMI et permet aux ingénieurs d'obtenir une réduction significative de la taille et du coût du filtre passif, ainsi que des performances EMI améliorées. Pour illustrer les principaux avantages que l'AEF peut offrir en termes de performances EMI et d'économies d'espace, dans cet article technique, je passerai en revue les résultats d'une conception de contrôleur abaisseur synchrone automobile avec fonctionnalité AEF intégrée.
Filtrage EMI
Le filtrage passif réduit les émissions conduites d'une électronique de puissance circuit en utilisant des inductances et des condensateurs pour créer une discordance d'impédance dans le chemin du courant EMI. En revanche, le filtrage actif détecte la Tension au bus d'entrée et produit un courant de phase opposée qui s'annule directement avec le courant EMI généré par un étage de commutation.
Dans ce contexte, jetez un œil aux circuits de filtrage passifs et actifs simplifiés de la figure 1, où iN Et ZN désignent respectivement la source de courant et l'impédance du circuit équivalent Norton pour le bruit en mode différentiel d'un DC/DC régulateur.
Le filtre EMI actif configuré avec détection de tension et annulation de courant (VSCC) sur la figure 1b utilise un circuit amplificateur opérationnel (ampli-op) comme multiplicateur capacitif pour remplacer le filtre. condensateur (CF) dans la conception passive. Les impédances de détection, d'injection et de compensation du filtre actif, comme illustré, utilisent des valeurs de capacité relativement faibles avec de petites empreintes de composants pour concevoir un terme de gain noté GOP. La capacité active effective est définie par le gain du circuit de l'amplificateur opérationnel et un condensateur d'injection (CINJ).
La figure 1 comprend des expressions pour les fréquences de coupure de filtre effectives. Le GOP efficace permet une conception active avec une Inducteur et des valeurs de condensateur et une fréquence de coupure équivalente à celle de la mise en œuvre passive.
Amélioration des performances de filtrage
La figure 2 compare les conceptions de filtres EMI passifs et actifs sur la base de tests EMI effectués pour répondre à la norme 25 Classe 5 du Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) utilisant des détecteurs de crête et de moyenne. Chaque conception utilise un étage de puissance basé sur le contrôleur CC/CC abaisseur synchrone LM25149-Q1, fournissant une sortie de 5 V et 6 A à partir d'une entrée de batterie automobile de 13.5 V. La fréquence de commutation est de 440 kHz.
Gain de place sur les circuits imprimés
La figure 4 offre une comparaison de la disposition de la carte de circuit imprimé (PCB) des étages de filtre passif et actif qui a fourni les résultats de la figure 2. L'encombrement de l'inducteur passe de 5 mm sur 5 mm à 4 mm sur 4 mm. De plus, deux condensateurs 1210 qui déclassent considérablement avec la tension appliquée sont remplacés par plusieurs petits composants 0402 à valeur stable pour la détection, l'injection et la compensation AEF. Cette solution filtrante diminue l'empreinte de près de 50%, tandis que le volume diminue de plus de 75%.
Avantages des composants passifs
Comme je l'ai mentionné, la valeur d'inductance de filtre inférieure pour AEF réduit l'encombrement et le coût par rapport à l'inductance dans une conception de filtre passif. De plus, une inductance physiquement plus petite a généralement une géométrie d'enroulement avec une capacité d'enroulement parasite plus faible et une fréquence d'auto-résonance plus élevée, conduisant à de meilleures performances de filtrage dans la plage de fréquences conduites plus élevée pour CISPR 25: 30 MHz à 108 MHz.
Certaines conceptions automobiles nécessitent deux condensateurs d'entrée connectés en série pour une robustesse à toute épreuve lorsqu'ils sont connectés directement à travers le rail d'alimentation de la batterie. En conséquence, le circuit actif peut prendre en charge des économies d'espace supplémentaires, car de petits condensateurs de détection et d'injection 0402/0603 se connectent en série pour remplacer plusieurs condensateurs 1210. Les condensateurs plus petits simplifient l'achat de composants car les composants sont facilement disponibles et ne sont pas soumis à des contraintes d'approvisionnement.
Conclusion
Dans le contexte d'une attention constante portée aux EMI, en particulier dans les applications automobiles, un filtre actif utilisant la détection de tension et l'injection de courant permet une faible signature EMI et conduit finalement à un encombrement et un volume réduits, ainsi qu'à un coût de solution amélioré. L'intégration d'un circuit AEF avec un contrôleur abaisseur synchrone aide à résoudre les compromis entre une faible EMI et une densité de puissance élevée dans Régulateur DC/DC applications.