낮은 전자기 간섭 (EMI) 애플리케이션을 작업하는 설계 엔지니어는 일반적으로 두 가지 주요 과제에 직면합니다. 설계의 EMI를 줄이고 솔루션 크기를 줄여야한다는 것입니다. 스위칭 전원 공급 장치에서 생성 된 전도 EMI를 완화하기위한 프런트 엔드 패시브 필터링은 전도 EMI 표준을 준수하도록 보장하지만,이 방법은 특히 높은 역효과를 고려할 때 낮은 EMI 설계의 전력 밀도를 증가시켜야하는 필요성과 상충 될 수 있습니다. 전체 EMI 서명에 대한 스위칭 속도. 이러한 패시브 필터는 부피가 큰 경향이 있으며 전력 솔루션 총 부피의 최대 30 %를 차지할 수 있습니다. 따라서 전력 밀도를 높이면서 EMI 필터의 볼륨을 최소화하는 것은 시스템 설계자의 우선 순위로 남아 있습니다.
능동형 EMI 필터링(AEF) technologyEMI 필터링에 대한 비교적 새로운 접근 방식인 는 EMI를 감쇠시키고 엔지니어가 향상된 EMI 성능과 함께 수동 필터 크기와 비용을 크게 줄일 수 있도록 해줍니다. EMI 성능 및 공간 절약 측면에서 AEF가 제공할 수 있는 주요 이점을 설명하기 위해 이 기술 기사에서는 AEF 기능이 통합된 자동차 동기식 벅 컨트롤러 설계의 결과를 검토하겠습니다.
EMI 필터링
패시브 필터링은 전력 전자의 전도 방출을 줄입니다. 회로 인덕터와 커패시터를 사용하여 EMI 전류 경로에서 임피던스 불일치를 생성합니다. 반대로 능동 필터링은 전압 입력 버스에서 스위칭 단계에서 생성 된 EMI 전류로 직접 상쇄되는 반대 위상의 전류를 생성합니다.
이 맥락에서 그림 1의 단순화 된 수동 및 능동 필터 회로를 살펴보십시오.N 및 ZN 각각 DC/DC의 차동 모드 잡음에 대한 Norton 등가 회로의 전류 소스와 임피던스를 나타냅니다. 조정기.
그림 1b의 전압 감지 및 전류 제거(VSCC)로 구성된 능동 EMI 필터는 연산 증폭기(op-amp) 회로를 용량성 승산기로 사용하여 필터를 대체합니다. 콘덴서 (CF) 패시브 디자인. 활성 필터 감지, 주입 및 보상 임피던스는 G로 표시되는 이득 항을 설계하기 위해 작은 구성 요소 풋 프린트와 함께 상대적으로 낮은 커패시턴스 값을 사용합니다.OP. 유효 활성 정전 용량은 연산 증폭기 회로 이득과 주입 커패시터 (CNJI).
그림 1에는 유효 필터 차단 주파수에 대한 표현식이 포함되어 있습니다. 효과적인 GOP로 인해 성직 수 여자 및 캐패시터 값 및 수동 구현과 동등한 차단 주파수.
향상된 필터링 성능
그림 2는 피크 및 평균 검출기를 사용하여 CISPR(Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques) 25 클래스 5 표준을 충족하기 위해 수행된 EMI 테스트를 기반으로 수동 및 능동 EMI 필터 설계를 비교합니다. 각 설계에서는 LM25149-Q1 동기식 벅 DC/DC 컨트롤러를 기반으로 하는 전력 스테이지를 사용하여 5V의 자동차 배터리 입력에서 6V 및 13.5A의 출력을 제공합니다. 스위칭 주파수는 440kHz입니다.
PCB 공간 절약
그림 4는 그림 2의 결과를 제공하는 수동 및 능동 필터 스테이지의 인쇄 회로 기판 (PCB) 레이아웃 비교를 제공합니다. 인덕터 풋 프린트는 5mm에서 5mm에서 4mm로 4mm로 감소합니다. 또한인가 된 전압에 따라 크게 감소하는 1210 개의 0402 커패시터는 AEF 감지, 주입 및 보상을 위해 몇 개의 작고 안정적인 값의 50 구성 요소로 대체됩니다. 이 필터 솔루션은 설치 공간을 거의 75 %까지 줄이고 부피는 XNUMX % 이상 감소시킵니다.
수동 부품의 장점
앞서 언급했듯이 AEF의 필터 인덕턴스 값이 낮 으면 패시브 필터 설계의 인덕터에 비해 설치 공간과 비용이 줄어 듭니다. 또한 물리적으로 더 작은 인덕터는 일반적으로 기생 권선 커패시턴스가 낮고 자기 공진 주파수가 더 높은 권선 형상을 가지므로 CISPR 25 : 30MHz ~ 108MHz의 높은 전도 주파수 범위에서 필터링 성능이 향상됩니다.
일부 자동차 설계에는 배터리 전원 레일에 직접 연결될 때 오류 방지 견고성을 위해 직렬로 연결된 0402 개의 입력 커패시터가 필요합니다. 결과적으로 능동 회로는 작은 0603/1210 감지 및 주입 커패시터가 직렬로 연결되어 여러 개의 XNUMX 커패시터를 대체하므로 추가적인 공간 절약을 지원할 수 있습니다. 더 작은 커패시터는 구성 요소를 쉽게 사용할 수 있고 공급이 제한되지 않으므로 구성 요소 조달을 단순화합니다.
결론
특히 자동차 애플리케이션에서 EMI에 대한 지속적인 관심 속에서 전압 감지 및 전류 주입을 사용하는 능동 필터는 낮은 EMI 특성을 구현하고 궁극적으로 설치 공간과 부피를 줄이고 솔루션 비용을 향상시킵니다. AEF 회로와 동기식 벅 컨트롤러의 통합은 낮은 EMI와 높은 전력 밀도 간의 균형을 해결하는 데 도움이 됩니다. DC/DC 레귤레이터 분야의 다양한 어플리케이션에서 사용됩니다.