電源設計のサイズを削減する TI のアクティブ EMI フィルタ

今日、電子設計は電磁干渉 (EMI) の影響をますます受けています。 デバイスが小型化および高密度化するにつれて、攻撃者と被害者の間の距離が近くなるため、EMI が増大します。 EMI の発生源として考えられるのは、ノイズが多いことで有名なスイッチモード電源です。 現在、設計の高密度化により、これらの電源の影響がより顕著になってきています。

このようなEMI問題への対処を支援するために、テキサス・インスツルメンツは今週、2つの新しいアクティブEMIフィルタICをリリースしました。どちらも小型で軽量なEMI設計を可能にします。 この記事では、EMIの発生源としてのスイッチモード電源、アクティブEMIフィルタ、およびテキサス・インスツルメンツの新しいソリューションについて説明します。

EMI 問題は、電子回路内の電流と電圧が急速に変化することが原因で発生します。 具体的には、システム動作中に dv/dt および di/dt によって引き起こされるサージ電流とピーク電圧が誘導磁界と電界を引き起こし、それらが伝導または放射され、近くの配線や電子デバイスに干渉する可能性があります。

この理解に基づいて、なぜスイッチモード電源がこれほど強力な EMI 源となるのかが明らかです。

スイッチモード電源は、トランジスタの急速なオンとオフで動作し、インダクタを流れる電流を操作します。 このトランジスタを慎重かつ迅速にオンおよびオフにすることにより、この回路はインダクタ上の拡大および縮小する磁界を利用し、スイッチモード電源が入力電圧を降圧または昇圧して、適切に安定化された出力を実現します。

ただし、電源のこの急速なオンおよびオフ動作により、システム内に大きな不連続電流が発生します。 高速で高電流のスイッチングが行われる場合、システム内の充電電流とシステムの出力の電圧リップルにより、放射および伝導エミッションが発生します。

スイッチモード電源に対する EMI の影響を最小限に抑える 1 つの方法は、アクティブ EMI フィルタ (AEF) を使用することです。

インダクタとコンデンサを使用してEMI電流経路にインピーダンス不整合を作り出すパッシブEMIフィルタとは異なり、アクティブEMIフィルタは電源内のセンシングノイズをターゲットにし、相補的なノイズを生成して全体のEMI影響を打ち消します。 これを行うために、AEF は、フィードバック チェーン内に一連の補償コンポーネントとダンピング コンポーネントを備えた負帰還トポロジーのセンス アンプで構成されます。 これらのコンポーネントが連携してノイズ電圧を感知し、増幅して、システムにキャンセル電流を注入します。

AEF はそのアクティブな性質により、優れたパフォーマンスを提供し、パッシブ フィルターと比較して面積と体積を大幅に削減します。 実際、従来のパッシブ フィルターと比較して、AEF はパッシブ ソリューションより面積が 50% 近く小さく、体積が 75% 小さくなります。

今週、Texas Instrumentsは、スイッチモード電源によって引き起こされるEMIの小型軽量フィルタリングを可能にするように設計された2つの新しいスタンドアロンアクティブEMIフィルタICをリリースしました。

新しいファミリの 2 つのハイライトは、車載アプリケーション向けの TPSF12C1-Q1 と TPSF12C3-Q1 です。 ユニークなことに、このファミリの IC は、センシング、フィルタリング、ゲイン、注入ステージに加え、補償および保護回路を 1 つのパッケージに完全に統合しています。 これらの機能と AEF の容量性増幅を組み合わせることで、TI は EMI フィルタのサイズを大幅に縮小することができました。 TI は、コモンモード チョーク インダクタンス値が 80% も削減されると主張しています。

同社は、これらの新製品が、より軽量な車両やエレクトロニクスの将来に向けて、スペースとコスト効率の高いEMIフィルタリングの実装を可能にするのに役立つことを期待している。