Aktive EMI-Filter von TI reduzieren die Größe von Netzteildesigns

Heutzutage werden elektronische Designs zunehmend durch elektromagnetische Interferenzen (EMI) beeinträchtigt. Wenn Geräte kleiner und dichter werden, sind sie aufgrund der Nähe zwischen Angreifer und Opfer stärkeren elektromagnetischen Störungen ausgesetzt. Eine wahrscheinliche Quelle für elektromagnetische Störungen sind Schaltnetzteile, die bekanntermaßen laut sind. Mit zunehmend dichteren Designs werden die Auswirkungen dieser Netzteile immer deutlicher.

Um solche EMI-Probleme anzugehen, hat Texas Instruments diese Woche zwei neue aktive EMI-Filter-ICs herausgebracht, die beide kleinere und leichtere EMI-Designs ermöglichen. In diesem Artikel sprechen wir über Schaltnetzteile als Quelle von EMI, aktive EMI-Filter und die neuen Lösungen von Texas Instruments.

EMI-Probleme entstehen durch sich schnell ändernde Ströme und Spannungen innerhalb eines elektronischen Schaltkreises. Insbesondere der durch dv/dt und di/dt während des Systembetriebs verursachte Stoßstrom und die Spitzenspannung führen zu induzierten magnetischen und elektrischen Feldern, die geleitet oder abgestrahlt werden können und benachbarte Leiterbahnen oder elektronische Geräte stören.

Basierend auf diesem Verständnis ist klar, warum Schaltnetzteile eine so starke Quelle für elektromagnetische Störungen darstellen.

Schaltnetzteile arbeiten mit dem schnellen Ein- und Ausschalten eines Transistors, um den Strom durch eine Induktivität zu manipulieren. Durch gezieltes und schnelles Ein- und Ausschalten dieses Transistors nutzt die Schaltung die sich ausdehnenden und kollabierenden Magnetfelder auf der Induktivität aus, sodass Schaltnetzteile eine Eingangsspannung für einen gut geregelten Ausgang entweder hoch- oder runterschalten können.

Dieses schnelle Ein- und Ausschalten des Netzteils erzeugt jedoch große diskontinuierliche Ströme im System. Das Schalten mit hoher Geschwindigkeit und häufig hohem Strom führt aufgrund der Ladeströme im System und der Spannungswelligkeit am Ausgang des Systems zu abgestrahlten und leitungsgebundenen Emissionen.

Eine Möglichkeit, die Auswirkungen von EMI auf Schaltnetzteile zu minimieren, ist die Verwendung aktiver EMI-Filter (AEFs).

Im Gegensatz zu passiven EMI-Filtern, die Induktivitäten und Kondensatoren verwenden, um eine Impedanzfehlanpassung im EMI-Strompfad zu erzeugen, zielen aktive EMI-Filter auf Erfassungsrauschen in der Stromversorgung ab und erzeugen komplementäres Rauschen, um die gesamten EMI-Effekte aufzuheben. Zu diesem Zweck bestehen AEFs aus einem Leseverstärker in einer Gegenkopplungstopologie mit einer Reihe von Kompensations- und Dämpfungskomponenten in der Rückkopplungskette. Zusammen erfassen diese Komponenten die Rauschspannung, verstärken sie und speisen einen Löschstrom in das System ein.

Aufgrund ihrer aktiven Natur bieten AEFs eine außergewöhnliche Leistung und reduzieren Fläche und Volumen im Vergleich zu passiven Filtern erheblich. Tatsächlich können AEFs im Vergleich zu einem herkömmlichen passiven Filter zu einer fast 50 % kleineren Fläche und 75 % weniger Volumen führen als passive Lösungen.

Diese Woche hat Texas Instruments zwei neue eigenständige aktive EMI-Filter-ICs herausgebracht, die eine kleine und leichte Filterung von EMI ermöglichen sollen, die durch Schaltnetzteile verursacht werden.

Zwei Highlights der neuen Familie sind der TPSF12C1-Q1 und der TPSF12C3-Q1 für Automotive-Anwendungen. Einzigartig ist, dass die ICs dieser Familie die Erfassungs-, Filter-, Verstärkungs- und Injektionsstufen sowie Kompensations- und Schutzschaltungen vollständig in einem einzigen Gehäuse integrieren. Diese Funktionen ermöglichten es TI in Kombination mit der kapazitiven Verstärkung der AEFs, die Größe der EMI-Filter erheblich zu reduzieren. TI gibt eine Reduzierung der Induktivitätswerte der Gleichtaktdrossel um bis zu 80 % an.

Das Unternehmen hofft, dass diese neuen Produkte dazu beitragen werden, platz- und kosteneffizientere Implementierungen der EMI-Filterung für eine Zukunft mit leichteren Fahrzeugen und leichterer Elektronik zu ermöglichen.