低電磁干渉（EMI）アプリケーションに取り組んでいる設計エンジニアは、通常、30つの大きな課題に直面しています。それは、ソリューションのサイズを縮小しながら、設計のEMIを削減する必要性です。 スイッチング電源によって生成される伝導EMIを軽減するためのフロントエンドパッシブフィルタリングは、伝導EMI規格への準拠を保証しますが、この方法は、特に高次の悪影響を考えると、低EMI設計の電力密度を上げる必要性と対立する可能性があります。全体的なEMIシグネチャのスイッチング速度。 これらのパッシブフィルターはかさばる傾向があり、電源ソリューションの総量のXNUMX％を占める可能性があります。 したがって、電力密度を高めながらEMIフィルタの容量を最小限に抑えることは、システム設計者にとって引き続き優先事項です。
アクティブEMIフィルタリング(AEF) テクノロジーは、EMI フィルタリングへの比較的新しいアプローチであり、EMI を減衰し、エンジニアがパッシブ フィルタのサイズとコストの大幅な削減を実現するとともに、EMI 性能の向上を実現できます。 EMI 性能とスペース節約の点で AEF が提供できる主な利点を説明するために、この技術記事では、AEF 機能を統合した車載同期降圧コントローラ設計の結果をレビューします。
EMIフィルタリング
パッシブフィルタリングは、パワーエレクトロニクスの伝導性エミッションを低減します 回路 インダクタとコンデンサを使用して、EMI電流経路にインピーダンス不整合を作成します。 対照的に、アクティブフィルタリングは 電圧 入力バスで逆相の電流を生成します。これは、スイッチングステージによって生成されたEMI電流と直接相殺されます。
このコンテキスト内で、図1の簡略化されたパッシブおよびアクティブフィルター回路を見てください。N とZN はそれぞれ、DC/DC の差動モード ノイズに対する Norton 等価回路の電流源とインピーダンスを示します。 レギュレーター.
図 1b の電圧検出および電流キャンセル (VSCC) を使用して構成されたアクティブ EMI フィルタは、フィルタの代わりに容量性乗算器として演算増幅器 (オペアンプ) 回路を使用しています。 コンデンサ (CF）パッシブ設計で。 示されているアクティブフィルターの検出、注入、および補償インピーダンスは、比較的低い静電容量値と小さなコンポーネントフットプリントを使用して、Gで表されるゲイン項を設計します。OP。 実効有効容量は、オペアンプ回路のゲインと注入コンデンサ（Cインジ).
図1には、有効なフィルターカットオフ周波数の式が含まれています。 効果的なGOPにより、アクティブな設計が可能になります。 誘導子 コンデンサの値とパッシブ実装と同等のカットオフ周波数。
フィルタリングパフォーマンスの向上
図 2 は、ピーク検出器と平均検出器を使用した、国際摂動無線電力委員会 (CISPR) 25 クラス 5 規格を満たす伝導 EMI テストに基づいたパッシブ EMI フィルタ設計とアクティブ EMI フィルタ設計を比較しています。各設計は、LM25149-Q1 同期降圧 DC/DC コントローラに基づくパワーステージを使用し、5 V の車載バッテリ入力から 6 V および 13.5 A の出力を提供します。スイッチング周波数は 440 kHz です。
PCBスペースの節約
図4は、図2の結果を提供したパッシブおよびアクティブフィルターステージのプリント回路基板（PCB）レイアウトの比較を示しています。インダクタのフットプリントは、5 mm x 5mmから4mm x 4mmに減少します。 さらに、印加電圧によって大幅に低下する1210つの0402コンデンサは、AEFの検出、注入、および補償のために、いくつかの小さくて安定した値の50コンポーネントに置き換えられています。 このフィルターソリューションは、フットプリントをほぼ75％削減し、ボリュームはXNUMX％以上削減します。
受動部品の利点
前述したように、AEFのフィルターインダクタンス値が低いと、パッシブフィルター設計のインダクターと比較してフットプリントとコストが削減されます。 さらに、物理的に小さいインダクタは、通常、寄生巻線容量が低く、自己共振周波数が高い巻線形状を持っているため、CISPR 25：30 MHz〜108MHzのより高い伝導周波数範囲でのフィルタリング性能が向上します。
一部の自動車設計では、バッテリ電源レールに直接接続した場合のフェイルセーフの堅牢性のために、0402つの入力コンデンサを直列に接続する必要があります。 その結果、アクティブ回路は、小さな0603/1210センシングおよびインジェクションコンデンサが直列に接続されて複数のXNUMXコンデンサを置き換えるため、追加のスペース節約をサポートできます。 より小さなコンデンサは、コンポーネントが容易に入手可能であり、供給に制約がないため、コンポーネントの調達を簡素化します。
まとめ
特に車載アプリケーションにおいて EMI が継続的に注目される中、電圧検出と電流注入を使用するアクティブ フィルタにより低い EMI 特性が可能になり、最終的に設置面積と体積の削減、およびソリューション コストの向上につながります。 AEF 回路と同期降圧コントローラの統合により、低 EMI と高電力密度の間のトレードオフを解決できます。 DC/DCレギュレータ 分野の様々なアプリケーションで使用されています。