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降低噪音:限制電磁干擾(二)

發(fā)布時間:2019-09-05 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在上一篇文章“降低噪音:限制電磁干擾(一)”中,我們介紹了電磁干擾的根源和降低電磁干擾的三種主要方式。本文,我們將介紹通過降低噪音并限制汽車系統(tǒng)中電磁干擾的解決方案。
 
LT8650S器件
 
我們來看一下ADI公司最近推出的LT8650S器件:雙通道4A 42V同步降壓靜音電源開關(guān)(靜態(tài)電流6.2µA)(見圖1),它適用于通用降壓應(yīng)用以及汽車和工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品。LT8650S雙通道同步靜音穩(wěn)壓器為SoC應(yīng)用提供了更大的輸入電壓范圍、更優(yōu)的電磁屏蔽性能以及更小的尺寸,同時提供多個高電流輸入,并具備快速瞬態(tài)響應(yīng)能力。
 
降低噪音:限制電磁干擾(二)
圖1:ADI公司最新推出的LT8650S雙通道4A 42V同步降壓靜音電源開關(guān)(靜態(tài)電流6.2µA)(來源:ADI)
 
它設(shè)計有兩個通道,每個通道同時提供4A和最大6A的電流輸入,并具有超低的靜態(tài)電流突發(fā)模式,當(dāng)輸入電壓VIN=12v,輸出電壓VOUT1=5v,VOUT2=3.3v時其靜態(tài)電流僅6.2μA,紋波小于10mVP-P。此器件可以在低輸出電流的情況下提升效率(輸入12VIN、2MHZ,輸出2A、5VOUT的情況下效率是94.6%;輸入12VIN、2MHZ,輸出4A、5VOUT的情況下效率是93.3%)。在強(qiáng)制連續(xù)模式下允許固定頻率的開關(guān)操作控制整個輸出負(fù)載范圍和擴(kuò)頻操作,可進(jìn)一步減少電磁干擾。LT8650S可選的外部VC管腳為快速瞬態(tài)響應(yīng)提供了最佳的環(huán)路補(bǔ)償,VC管腳還可以實現(xiàn)電流共享。LT8650S觸發(fā)一個快速的最小開關(guān)時間為40ns,其輸入電壓范圍為3-42V,可調(diào)的同步開關(guān)頻率是300KHz到3MHz,器件大小4x6mm,32個管腳,采用LQFN封裝。
 
汽車SoC對電源的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)提出了更高的要求,外圍電源負(fù)載電流轉(zhuǎn)換速率在100A/µs,無論負(fù)載如何變化,電源必須使輸出的電壓瞬態(tài)值最小,快速切換頻率如LT8650S系列的2MHz特性,有助于加快瞬態(tài)恢復(fù)。更快的開關(guān)頻率對應(yīng)更快的動態(tài)響應(yīng)和適當(dāng)?shù)沫h(huán)路補(bǔ)償。
 
功率電感支持低EMI的解決方案
 
Coilcraft公司提供三種流行風(fēng)格的高性能功率電感器,分為XEL、XAL和XFL系列,這些都屬于Ltral產(chǎn)品系列。XEL和XAL系列采用的都是創(chuàng)新型復(fù)合材料,功率電感器具備非常平緩的電流波動特性。XFL系列也具有平緩的變化特性,它的材料更類似于傳統(tǒng)的鐵氧化材料,比XAL和XEL系列變化速率更大一些。XFL系列具有最低的直流電阻,核心損耗最小。相比XAL系列,新的XEL系列具有更低的交流損耗,而XFL系列的總功率損耗最低(圖2)。對于設(shè)計用于承受高峰值電流的高頻電源開關(guān)而言,XEL系列無疑是最好的選擇。
 
降低噪音:限制電磁干擾(二)
降低噪音:限制電磁干擾(二)
降低噪音:限制電磁干擾(二)
降低噪音:限制電磁干擾(二)
圖2:這些表格數(shù)據(jù)展示它們重要的區(qū)別,包括XAL、XEL和XFL系列之間電感和電流的關(guān)系,以及功率損失和紋波電流之間的關(guān)系(來源:Coilcraft)
 
ADI的LT8650S演示板卡(DC2407A)選擇使用Coilcraft公司提供的功率電感器進(jìn)行設(shè)計,固定電感器ADI選擇的是符合AEC-Q200的1μH XFL5030-102ME,屬于Coilcraft XAL/XFL功率電感器系列,該系列具有體積小、頻率高、效率高等特性,被新一代靜音開關(guān)器件所選用,當(dāng)然這是ADI工程師評估各方面因素做出的最好決定。
 
電感技術(shù)有效的降低電磁干擾
 
Coilcraft XAL/XFL功率電感器采用Coilcraft Ltra技術(shù)生產(chǎn),Ltra技術(shù)是使用磁性材料(例如鐵粉(Fe))生產(chǎn)電感器的獨(dú)特方式,通過模制工藝形成堅固的電感器。該技術(shù)有效地消除了繞組之間的任何空間浪費(fèi),從而在相同尺寸的部件中產(chǎn)生更高的飽和電流和更低的DC電阻。
 
市場的趨勢是設(shè)計DC/DC轉(zhuǎn)換器,并且不斷提升切換頻率,目標(biāo)是降低所需的電感值,減少電感的尺寸和成本。除了這個目標(biāo)還需要不斷提高組件的效率。隨著開關(guān)頻率的增加,頻率相關(guān)的損失和核心損耗(交流損耗)變得越來越重要,需要讓設(shè)計在高開關(guān)頻率下正常工作,這就提出了更多的要求。Ltra技術(shù)的復(fù)合材料核心是在2MHz的開關(guān)頻率下具備更佳的效率。
 
Ltra產(chǎn)品采用大型端子設(shè)計,具有最佳的焊接管腳和熱管理。大型端子也可以在沒有熱點(diǎn)的情況下傳輸更高的電流,保持較好的散熱,從而提高器件的長期可靠性。這些元件的緊湊尺寸設(shè)計讓它們在PCB上更好的布局,降低了整體解決方案的尺寸。
 
Ltra技術(shù)旨在為市場提供非常強(qiáng)勁的零部件,其堅固的形狀、強(qiáng)大的機(jī)械和振動應(yīng)對能力使它們能夠適合惡劣的環(huán)境,如汽車、工業(yè)和便攜式電子應(yīng)用等,Ltra具有優(yōu)越的溫度穩(wěn)定性,在-40℃到+125℃的溫度范圍內(nèi)飽和曲線的變化小于3%,并且符合AEC-Q200標(biāo)準(zhǔn)。
 
一些電感核心材料表現(xiàn)出一種稱為熱老化的負(fù)特性,當(dāng)電感發(fā)生熱老化時,隨著時間和溫度的增加,效率會降低,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)熱量增加,這樣會進(jìn)入惡性循環(huán)。電感器和電路的過熱可能超過額定溫度范圍,有時會造成災(zāi)難性的后果,Coilcraft Ltra材料體現(xiàn)了消除熱老化問題的重要特性。
 
Ltra技術(shù)也有效的降低了電磁干擾,整個線圈采用磁性材料將有害的電磁干擾信號降低到最少,線圈通量由線圈本身決定,允許更加緊湊的線圈設(shè)計方式,線圈間電流屏蔽效果也更好。
 
Coilcraft公司推出的功率電感器系列包括豐富的可選組件,這使得工程師能夠根據(jù)自己的具體設(shè)計選擇不同型號的電感器,不同尺寸和不同功率級別的器件所具備的參數(shù)都經(jīng)過了優(yōu)化,每種型號都具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢。
 
這些功率電感器具有更低的DCR特性,DCR表示的是電感器的電阻值,是由電感器線圈材料的電阻值決定的。
 
這些功率電感器具有足夠的飽和電流(ISAT),由于散熱速率的原因,ADI公司通常不會將每個通道的電流限制設(shè)計到最大,對于這種器件,每個通道的電流限制為4A,兩個通道可同時正常工作,當(dāng)只有一個通道啟用時每個通道的限制電流可達(dá)到6A。
 
總結(jié)
 
今天的汽車和工業(yè)市場需要提供高效率、高頻率和低電磁干擾的電子解決方案。文中提供了一個具體的解決方案示例,展示了ADI的Silent Switcher® 2穩(wěn)壓器和Coilcraft的功率電感器是如何協(xié)同工作,為用戶提供低電磁干擾解決方案。你現(xiàn)在可能唯一需要擔(dān)心的汽車噪音可能是來自后座上孩子們尖叫式的催促聲:“我們到了嗎?”
 
本文轉(zhuǎn)載自貿(mào)澤電子。
 
 
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