Сегодня на электронные устройства все больше воздействуют электромагнитные помехи (EMI). По мере того, как устройства становятся меньше и плотнее, они испытывают больше электромагнитных помех из-за близости к их источникам. Одним из вероятных источников электромагнитных помех являются импульсные источники питания, которые известны своей шумностью. Теперь, с более плотными конструкциями, влияние этих блоков питания становится более заметным.
Для решения таких проблем, связанных с электромагнитными помехами, компания Texas Instruments на этой неделе выпустила две новые микросхемы активных фильтров электромагнитных помех, каждая из которых обеспечивает меньшие и более легкие конструкции. В этой статье мы поговорим об импульсных источниках питания как источнике электромагнитных помех, активных фильтрах электромагнитных помех и новых решениях от Texas Instruments.
TI считает, что ее автономные ИС активных фильтров электромагнитных помех могут поддерживать конструкции источников питания с высокой плотностью. Изображение предоставлено Texas Instruments
Электромагнитные помехи в импульсных источниках питания
Проблемы электромагнитных помех возникают из-за быстро меняющихся токов и напряжений в электронной цепи. В частности, импульсный ток и пиковое напряжение, вызванные dv/dt и di/dt во время работы системы, приводят к наведенным магнитным и электрическим полям, которые могут передаваться или излучаться и создавать помехи для близлежащих дорожек или электронных устройств. Понятно, почему импульсные источники питания являются таким сильным источником электромагнитных помех.
Топология повышающей схемы
Импульсные источники питания работают на быстром включении и выключении транзистора для управления током через катушку индуктивности. Благодаря разумному и быстрому включению и выключению этого транзистора схема использует расширяющиеся и сжимающиеся магнитные поля на катушке индуктивности, позволяя импульсным источникам питания либо понижать, либо повышать входное напряжение для хорошо стабилизированного выходного напряжения. Однако это быстрое включение и выключение источника питания создает большие прерывистые токи в системе. Высокоскоростное и частое сильноточное переключение приводит к излучаемым и кондуктивным помехам из-за зарядных токов в системе и пульсаций напряжения на выходе системы.
Активные фильтры электромагнитных помех (AEF)
Одним из способов минимизировать влияние электромагнитных помех на импульсные источники питания является использование активных фильтров электромагнитных помех (AEF).
Реализация АЭФ. Изображение предоставлено Texas Instruments
В отличие от пассивных фильтров электромагнитных помех, в которых используются катушки индуктивности и конденсаторы для создания несоответствия импеданса на пути прохождения тока электромагнитных помех, активные фильтры электромагнитных помех нацелены на считывание шума в источнике питания и создание дополнительного шум для подавления общих эффектов электромагнитных помех. Для этого AEF состоят из усилителя считывания в топологии отрицательной обратной связи с рядом компенсационных и демпфирующих компонентов в цепи обратной связи. Вместе эти компоненты обнаруживают шумовое напряжение, усиливают его и вводят в систему компенсирующий ток. Благодаря своей активной природе AEF обеспечивают исключительную производительность и значительно уменьшают площадь и объем по сравнению с пассивными фильтрами. Фактически, по сравнению с традиционным пассивным фильтром, AEF могут иметь почти на 50 % меньшую площадь и на 75 % меньший объем, чем пассивные решения.
TI выпускает «первые в отрасли» автономные активные фильтры электромагнитных помех
Texas Instruments выпустила две новые автономные микросхемы активных фильтров электромагнитных помех, предназначенные для обеспечения легкой фильтрации электромагнитных помех, вызванных импульсными источниками питания.
Упрощенная схема с использованием TPSF12C1-Q1. Изображение предоставлено Texas Instruments
Два основных продукта нового семейства — TPSF12C1-Q1 и TPSF12C3-Q1(для автомобильного применения). Уникально то, что микросхемы этого семейства полностью объединяют в одном корпусе датчики, фильтры, каскады усиления и инжекции, а также схемы компенсации и защиты. Эти функции в сочетании с емкостным усилением AEF позволили TI значительно уменьшить размер фильтров электромагнитных помех. TI заявляет о 80-процентном снижении индуктивности синфазных дросселей. Компания надеется, что эти новые продукты помогут реализовать более компактные и экономичные реализации фильтрации электромагнитных помех для более легких автомобилей и электроники будущего.