Düşük elektromanyetik girişim (EMI) uygulamaları üzerinde çalışan tasarım mühendisleri genellikle iki büyük zorlukla karşı karşıya kalır: tasarımlarının EMI'sini azaltırken aynı zamanda çözüm boyutunu küçültme ihtiyacı. Anahtarlamalı güç kaynağı tarafından üretilen iletilen EMI'yi azaltmak için ön uç pasif filtreleme, iletilen EMI standartlarıyla uyumu sağlar, ancak bu yöntem, özellikle daha yüksek güç kaynağının olumsuz etkileri göz önüne alındığında, düşük EMI tasarımlarının güç yoğunluğunu artırma ihtiyacıyla çelişebilir. genel EMI imzasındaki hızları değiştirme. Bu pasif filtreler hacimli olma eğilimindedir ve güç çözümünün toplam hacminin %30'unu kaplayabilir. Bu nedenle, güç yoğunluğunu arttırırken EMI filtresinin hacmini en aza indirmek sistem tasarımcıları için bir öncelik olmaya devam etmektedir.
Aktif EMI filtreleme (AEF) teknolojiEMI filtrelemeye nispeten yeni bir yaklaşım olan EMI, EMI'yi zayıflatır ve mühendislerin iyileştirilmiş EMI performansıyla birlikte pasif filtre boyutu ve maliyetinde önemli bir azalma elde etmelerini sağlar. AEF'in EMI performansı ve yerden tasarruf açısından sunabileceği temel faydaları göstermek için bu teknik makalede, entegre AEF işlevselliğine sahip bir otomotiv senkron buck kontrol cihazı tasarımının sonuçlarını gözden geçireceğim.
EMI filtreleme
Pasif filtreleme, güç elektroniğinin iletilen emisyonlarını azaltır devre EMI akım yolunda empedans uyumsuzluğu oluşturmak için indüktörler ve kapasitörler kullanılarak. Buna karşılık aktif filtreleme, Voltaj giriş veriyolunda bulunur ve bir anahtarlama aşaması tarafından üretilen EMI akımı ile doğrudan iptal edilen zıt fazda bir akım üretir.
Bu bağlamda Şekil 1'deki basitleştirilmiş pasif ve aktif filtre devrelerine bir göz atın;N ve ZN sırasıyla bir DC/DC'nin diferansiyel mod gürültüsü için Norton eşdeğer devresinin akım kaynağını ve empedansını belirtir regülatör.
Şekil 1b'deki voltaj algılama ve akım iptali (VSCC) ile yapılandırılmış aktif EMI filtresi, filtreyi değiştirmek için kapasitif çarpan olarak bir operasyonel amplifikatör (op-amp) devresi kullanır kondansatör (CF) pasif tasarımda. Gösterildiği gibi aktif filtre algılama, enjeksiyon ve dengeleme empedansları, G olarak belirtilen bir kazanç terimini tasarlamak için küçük bileşen ayak izleri ile nispeten düşük kapasitans değerleri kullanır.OP. Etkin aktif kapasitans, op-amp devre kazancı ve bir enjeksiyon kapasitörü (C) tarafından ayarlanır.NJI).
Şekil 1, etkili filtre kesme frekanslarına ilişkin ifadeleri içermektedir. Etkili GOP, azaltılmış maliyetle aktif bir tasarıma olanak sağlar. indüktör ve kapasitör değerleri ve pasif uygulamanınkine eşdeğer bir kesme frekansı.
Geliştirilmiş filtreleme performansı
Şekil 2, tepe ve ortalama dedektörleri kullanan Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 Sınıf 5 standardını karşılamak için yürütülen EMI testlerine dayalı olarak pasif ve aktif EMI filtre tasarımlarını karşılaştırmaktadır. Her tasarım, 25149 V'luk bir otomotiv akü girişinden 1 V ve 5 A çıkış sağlayan LM6-Q13.5 senkron DC/DC kontrol cihazını temel alan bir güç aşaması kullanır. Anahtarlama frekansı 440 kHz'dir.
PCB alanından tasarruf
Şekil 4, Şekil 2'deki sonuçları sağlayan pasif ve aktif filtre aşamalarının baskılı devre kartı (PCB) yerleşim karşılaştırmasını sunmaktadır. İndüktörün kapladığı alan 5 mm x 5 mm'den 4 mm x 4 mm'ye düşer. Ek olarak, uygulanan voltajla önemli ölçüde azalan iki 1210 kapasitörünün yerini AEF algılama, enjeksiyon ve kompanzasyon için birkaç küçük, sabit değerli 0402 bileşen alıyor. Bu filtre çözümü kapladığı alanı neredeyse %50 oranında azaltırken, hacmi de %75'in üzerinde azaltır.
Pasif bileşen avantajları
Bahsettiğim gibi AEF için filtre endüktans değerinin düşük olması pasif filtre tasarımında indüktöre göre kapladığı alanı ve maliyeti azaltır. Ayrıca, fiziksel olarak daha küçük bir indüktör tipik olarak daha düşük parazitik sarım kapasitansına ve daha yüksek kendi kendine rezonans frekansına sahip bir sarma geometrisine sahiptir; bu, CISPR 25: 30 MHz ila 108 MHz için daha yüksek iletilen frekans aralığında daha iyi filtreleme performansına yol açar.
Bazı otomotiv tasarımları, doğrudan akü besleme rayına bağlandığında arıza korumalı sağlamlık için seri olarak bağlanan iki giriş kapasitörünü gerektirir. Sonuç olarak, küçük 0402/0603 algılama ve enjeksiyon kapasitörleri birden fazla 1210 kapasitör yerine seri olarak bağlandığından aktif devre ek alan tasarrufunu destekleyebilir. Daha küçük kapasitörler, bileşenler kolayca temin edilebildiğinden ve tedarik kısıtlaması olmadığından bileşen tedarikini kolaylaştırır.
Sonuç
Özellikle otomotiv uygulamalarında EMI'ya sürekli odaklanmanın ortasında, voltaj algılama ve akım enjeksiyonunu kullanan aktif bir filtre, düşük bir EMI imzasına olanak tanır ve sonuç olarak daha az ayak izi ve hacmin yanı sıra iyileştirilmiş bir çözüm maliyetine yol açar. Bir AEF devresinin senkronize bir kontrolörle entegrasyonu, düşük EMI ile yüksek güç yoğunluğu arasındaki dengelerin çözülmesine yardımcı olur. DC/DC regülatörü uygulamaları.