EMI performansını iyileştirmek için faz kaydırma kontrolüne dayalı çok çıkışlı buck dönüştürücünün PCB yerleşim optimizasyonu
Güç tasarım mühendisleri, birden fazla güç rayına destek sağlamak için genellikle otomotiv sistemlerinde bazı DC / DC buck dönüştürücüleri kullanır. Bununla birlikte, bu tür paralı dönüştürücüleri seçerken dikkate alınması gereken birkaç faktör vardır. Örneğin, bir yandan, radyo AM bandıyla etkileşimi önlemek için araç bilgi-eğlence sistemi / ana bilgisayar birimi için yüksek anahtarlama frekanslı bir DC / DC dönüştürücü (çalışma frekansı 2 MHz'den yüksek) seçmek; diğer yandan, nispeten küçük bir dönüştürücü seçmek de gereklidir. Çözüm boyutunu küçültmek için indüktörler. Ek olarak, yüksek anahtarlama frekansı DC / DC buck dönüştürücü, giriş akımı dalgalanmasını azaltmaya da yardımcı olabilir, böylece giriş elektromanyetik girişim (EMI) filtresinin boyutunu optimize edebilir.
Ancak, en yeni otomotiv sistemlerini oluşturmaya çalışan büyük otomotiv orijinal tasarım üreticileri (ODM'ler) için gerekli EMI standartlarını karşılamak kritik önem taşır. Bu gereksinimler çok katıdır ve üreticiler, Uluslararası Radyo Paraziti Özel Komitesi (CISPR) 25 standardı gibi birçok standarda uymalıdır. Çoğu durumda, üretici standartları karşılamıyorsa, otomobil üreticisi ilgili tasarımı kabul edemez.
Bu nedenle, PCB düzeni, DC / DC düşürücü dönüştürücünün EMI performansının iyileştirilmesi için çok önemlidir. İyi EMI performansı elde etmek için, yüksek akım güç döngüsünü optimize etmek ve parazitik parametrelerin döngü üzerindeki etkisini azaltmak anahtar noktadır.
Örnek olarak iki farklı baskılı devre kartı (PCB) düzenine sahip Şekil 1 ve Şekil 2'de gösterildiği gibi LMR14030-Q1'den oluşan iki çıkışlı düşürücü dönüştürücü DC / DC düşürücü dönüştürücüyü ele alalım. Kırmızı çizgi, güç döngüsünün düzende nasıl aktığını gösterir. Şekil 1'deki güç devresinin akış yönü U şeklindedir, Şekil 2'deki akış yönü ise I şeklindedir. Bu iki düzen, otomotiv ve endüstriyel uygulama sistemlerindeki en yaygın yerleşim düzenleridir. Peki hangi düzen daha iyidir?
Şekil 1: U şeklindeki düzen
Şekil 2: Tip I düzeni
İletilen EMI iki türe ayrılır: diferansiyel mod ve ortak mod Diferansiyel mod gürültüsü, akım değişim oranından (di / dt) ve ortak mod gürültüsü voltaj değişim oranından (dv / dt) gelir. Di / dt veya dv / dt'den bağımsız olarak, EMI performansının kilit noktası parazitik endüktansın nasıl en aza indirileceğidir.
Şekil 3, bir kova dönüştürücünün eşdeğer devresidir. Çoğu tasarımcı, yüksek frekanslı döngülerde Lp1, Lp3, Lp4 ve Lp5'in parazitik endüktansını nasıl en aza indireceğini bilir, ancak Lp2 ve Lp6'yı görmezden gelir. U-tipi ve I-tipi olmak üzere iki farklı düzen için, U-tipi yerleşimin Lp2 ve Lp6 üzerindeki parazitik endüktans, I-tipi yerleşimden daha küçüktür. U şeklindeki düzende, Q1 anahtarı açıldığında güç döngüsünü azaltmak da EMI performansını iyileştirmeye yardımcı olacaktır.
Şekil 3: Bir kova dönüştürücünün eşdeğer devresi
En iyi düzeni doğrulamak için EMI verilerini ölçmek çok önemlidir. Şekil 4 ve Şekil 5, bir dönüştürücünün iletilen EMI'sini iki çıkışla karşılaştırır. Aynı zamanda devre, giriş akımı dalgalanmasını azaltmak için faz kaydırma kontrolünü kullanır ve böylece giriş filtresini optimize eder. U tipi düzenin EMI performansının, özellikle yüksek frekanslı kısımda I tipi düzeninkinden daha iyi olduğu test sonuçlarından görülebilmektedir.
Şekil 4: Faz kaydırma kontrolü altında U-şekilli EMI performansı
Şekil 5: Faz kaydırma kontrolü altında Tip I EMI performansı
EMI filtreleri eklemek, EMI performansını etkili bir şekilde artırabilir. Şekil 6, bir ortak mod (CM) filtresi ve bir diferansiyel mod (DM) filtresi içeren EMI filtresinin basitleştirilmiş bir versiyonunu göstermektedir. Genel olarak, diferansiyel mod filtresinin gürültüsü 30 MHz'den azdır ve ortak mod filtresinin gürültü aralığı 30 MHz ila 100 MHz'dir. Her iki filtre de EMI'nin sınırlandırılması gereken tüm frekans bandını etkiler. Şekil 7 ve 8, iletilen EMI'yi sırasıyla ortak mod filtreleri ve diferansiyel mod filtreleri ile karşılaştırır. U şeklindeki düzen CISPR 25 Tip 3 standartlarına uyabilirken I şeklindeki düzen uymaz.
Şekil 6: Basitleştirilmiş EMI filtresi
Şekil 7: Diferansiyel mod ve ortak mod filtreleriyle U şeklindeki düzenin EMI performansı
Şekil 8: Diferansiyel mod ve ortak mod filtreleriyle I tipi düzenin EMI performansı
Bu makale, faz kaydırma kontrolü altındaki çift çıkışlı dönüştürücülerin iki farklı PCB yerleşimini karşılaştırmaktadır.U-tipi düzenin EMI performansının I-tipi düzeninkinden daha iyi olduğu görülebilir.
