Като aФабрика за задушаване на тороидаИ дизайнер на вериги трябва да се справите с много видове шум: вътрешен шум, външен шум, RF шум, честотен шум и т.н. Независимо от неговия тип или източник, шумът може да бъде ограничаващ фактор за производителността на системата и трябва да бъде адресиран и сведен до минимум. Предизвикателството за намаляване на шума обикновено се свежда до следното „Колко усилия и разходи са необходими?
Дори повсеместното захранване с превключен режим (SMPS) има проблеми с шума. Поради своята ефективност и малки размери, тази архитектура се използва широко в приложения, включително LED драйвери и електронни баласти. За съжаление, SMPS единиците също са обект на шум от диференциален режим (DM) и общ режим (CM) шум, като и двете трябва да бъдат потиснати както по производителност, така и по регулаторни причини.
Разберете механизмите и решенията на шума
Диференциален режим и общ шум в режима имат различни причини и по този начин различни решения. Шумът от диференциален режим е шум, който се провежда на линията и неутрален в противоположни посоки (Фигура 1, вдясно). Основният DM филтър използва едновременно задушен задушен (индуктор), поставен в пътя на линията, заедно с кондензатор от линия до неутрален, като по този начин блокира шума от разпространението през системата.
Шумът от диференциален режим възниква от колебанията на напрежението между силовата линия и неутралната линия, проявяващи се като токове, протичащи в противоположни посоки по двете линии (например по време на превключване на преходни процеси в превключващите захранвания). Шумът от общ режим, от друга страна, се генерира от паразитна капацитет или електромагнитна намеса между линиите и земята, като токове текат в една и съща посока и по двете линии (като течове на изтичане към земята от високочестотни превключващи устройства). Техните спектрални разпределения се различават: шумът от диференциален режим се концентрира главно в нискочестотен диапазон (напр. Честоти на превключване и техните хармоници), докато шумът от общ режим обикновено се появява в диапазона на високочестотния диапазон (напр. Нива на MHz).
Ограничения на традиционните решения за потискане
Сложността на дискретните филтри: Традиционните методи изискват отделни дизайни за индуктори на диференциален режим (едновременно) и индуктори на общ режим (двойно намощване), комбинирани с X-ракитори (кондензатори в рамките на линия) и Y-кондензатори (кондензатори на линията на земята), за да образуват мрежа за филтриране на LC. Това не само заема PCB площта, но също така увеличава разходите и рисковете за надеждност поради големия брой компоненти.
Проблеми с основното свързване: При дискретни дизайни магнитният поток на индуктора на диференциален режим може да пречи на индуктора на общ режим, особено в компактните оформления, което води до влошени характеристики на филтъра.
Интегрирана дизайнерска структура и принцип на експлоатация на двойни функции
Двойните функционални задачи използват технологията за споделяне на ядрото, проектирайки два комплекта намотки на едно и също магнитно ядро: единият за индуктора на диференциален режим (едновременно), а другият за индуктора на общ режим (двойно намощване). Чрез оптимизиране на броя на намотките завои и основния материал (като например ферит с висока пропускливост), в рамките на един компонент се постига едновременно потискане на двата режима на шума. Например:
Пътят на диференциален режим: Индукторът с едно вярване е свързан серия в линията, за да потисне високочестотните компоненти на токовете на диференциален режим.
Пътят на общ режим: Индукторът с двойно намощване блокира потока на общи режиски токове през принципа на отмяна на магнитния поток.
Предимства на ефективността
Оптимизация на пространството и разходите: Интегрираният дизайн намалява професията на PCB с 30% -50% и опростява сметката на материалите (BOM).
Подобрена способност за потискане на високочестотни потискане: чрез оптимизиране на честотната реакция на основния материал (като нанокристална сплав), по-широк честотен диапазон (типичен обхват: 150kHz -30 MHz) може да бъде обхванат, отговарящ на стандартите на EMC като CISPR 32.
Подобрено термично управление: Общите ядра намаляват термичната устойчивост, което ги прави подходящи за сценарии с висока мощност (като модули за зареждане на електрически превозни средства).
Случаи за кандидатстване и измерени данни
Случай за захранване на LED драйвер
В 100W LED драйвер, подмяната на традиционните дискретни филтри с двойни функционални коки доведе до:
Проведено намаляване на шума: Затихването на шума от диференциален режим достигна 40db@1MHz, а затихването на шума в общ режим достигна 35 dB@5MHz (спазване на ограниченията на FCC част 15 клас B).
Подобряване на ефективността: Общата ефективност се увеличава с 0. 8% поради намалените основни загуби.
Технически указания за еволюция
Adaptation to wide-bandgap semiconductors: In response to the high switching frequencies (>1MHz) на GAN/SIC устройства, ултра-високи честотни реакции се разработват (като магнитни материали с тънък филм).
Интелигентно филтриране: Интегриране на сензори на тока и регулируеми индуктори за динамично потискане на шума (напр. Адаптивно филтриране на базата на AI алгоритми).
Заключение
Двойните функции, чрез структурни иновации и оптимизация на материали, се занимават с проблемите с големи размери, висока цена и сложност на дизайна на традиционните EMI филтри, особено подходящи за ограничени от пространството системи с висока плътност (като 5G базови станции и нова електроника на енергийните превозни средства). В бъдеще, с разпространението на полупроводниковата технология от трето поколение, такива интегрирани компоненти ще се превърнат в основни устройства за ефективно управление на шума.