AliToroidinen kuristimen tehdasja piirisuunnittelijan on käsiteltävä monen tyyppisiä melua: sisäinen melu, ulkoinen melu, RF -kohina, viivataajuusmelu ja niin edelleen. Tyypistään tai lähteestä riippumatta melu voi olla rajoittava tekijä järjestelmän suorituskyvyssä, ja se on puututtava ja minimoitava. Melun vähentämishaaste laskee yleensä seuraavaan "Kuinka paljon vaivaa ja kustannuksia vaaditaan?
Jopa kaikkialla sijaitsevassa kytkettynä moodin virtalähteellä (SMPS) on meluongelmia. Tehokkuuden ja pienen koon vuoksi tätä arkkitehtuuria käytetään laajasti sovelluksissa, mukaan lukien LED -ohjaimet ja elektroniset liitäntät. Valitettavasti SMPS -yksiköt ovat myös alttiina differentiaalitilan (DM) melu- ja yhteisen moodin (CM) kohinan, jotka molemmat on tukahdutettava sekä suorituskyvyn että sääntelyn syistä.
Ymmärtää melumekanismit ja ratkaisut
Differentiaalitilassa ja yhteisen tilan kohinalla on erilaiset syyt ja siten erilaiset ratkaisut. Erotustilan kohina on kohina, joka suoritetaan linjalla ja neutraali vastakkaisiin suuntiin (kuva 1, oikea). Perus DM-suodatin käyttää linjapolulle asetettua yksikäytön kuristinta (induktori) yhdessä kondensaattorin kanssa viivasta neutraaliin, estäen siten melua etenemisestä järjestelmän läpi.
Erotusmoodin kohina syntyy jännitteenvaihteluista voimajohdon ja neutraalin viivan välillä, mikä ilmenee kahdessa viivan vastakkaisissa suunnissa virtaavina virrassa (kuten kytkentäsiirtovirtalähteiden vaihtamisen aikana). Yhteisen tilan kohina toisaalta syntyy loisten kapasitanssikytkentä tai sähkömagneettiset häiriöt linjojen ja maan välillä, kun virrat virtaavat samaan suuntaan molemmilla viivoilla (kuten vuotovirrat maahan korkean taajuuden kytkentälaitteista). Niiden spektrijakaumat eroavat toisistaan: differentiaalimelu on keskittynyt pääasiassa matalataajuisella alueella (esim. Kytkentätaajuudet ja niiden harmoniset), kun taas yhteisen moodin kohina esiintyy tyypillisesti korkean taajuuden alueella (esim. MHz-tasot).
Perinteisten tukahduttamisratkaisujen rajoitukset
Erillisten suodattimien monimutkaisuus: Perinteiset menetelmät vaativat erillisiä malleja differentiaalimuotoisille induktoreille (yksikäytön) ja yhteisen moodin induktoreille (kaksoiskäyttäjä) yhdistettynä X-kondensaattoreihin (koko linjan kondensaattoreihin) ja Y-kondensaattoreihin (linja-maa-kondensaattoreihin) LC-suodatinverkon muodostamiseksi. Tämä ei vain vie piirilevyaluetta, vaan myös lisää kustannuksia ja luotettavuusriskejä suuren komponenttien määrän vuoksi.
Ydinkytkentäongelmat: Diskreetissä malleissa differentiaalimuodon induktorin magneettinen vuoto voi häiritä yhteisen moodin induktoria, etenkin kompakteissa asetteluissa, mikä johtaa hajotettuun suodattimen suorituskykyyn.
Integroitu suunnittelurakenne ja kaksoistoiminnan tukikohtien toimintaperiaate
Kaksi-funktion tukehtumat käyttävät ydinjakotekniikkaa, joka suunnittelee kaksi käämityssarjaa samaan magneettiseen ytimeen: yksi differentiaalimallin induktorille (yksikäyttö) ja toinen yhteisen moodin induktorille (kaksoiskäyttöinen). Optimoimalla käämitys käännösten ja ydinmateriaalin (kuten korkean läpäisevyysferriitin) lukumäärä, molempien kohinmoodien samanaikainen tukahduttaminen saavutetaan yhdessä komponentissa. Esimerkiksi:
Differentiaalireiti: Yksikäytön induktori on sarjan kytketty linjaan tukahduttaakseen differentiaaliryhmien korkean taajuuden komponentit.
Yhteisen tilan polku: Kaksoiskuulainen induktori estää yhteisen tilan virtauksen magneettisen vuon peruuttamisen periaatteen kautta.
Suorituskyky edut
Tila ja kustannusten optimointi: Integroitu muotoilu vähentää piirilevyalueen miehitystä 30% -50% ja yksinkertaistaa materiaalilaskua (BOM).
Parannettu korkean taajuuden tukahduttamiskyky: Optimoimalla ydinmateriaalin (kuten nanokiteisen seoksen) taajuusvaste, leveämpi taajuusalue (tyypillinen alue: 150 kHz -30 MHz) voidaan kattaa, ja EMC-standardit, kuten CISPR 32.
Parannettu lämmönhallinta: Jaetut ytimet vähentävät lämpövastusta, mikä sopii suurten tiheyden skenaarioihin (kuten sähköajoneuvojen latausmoduulit).
Sovellustapaukset ja mitatut tiedot
LED -kuljettajan virransyöttötapaus
100 W: n LED-ohjaimessa perinteisten erillisten suodattimien korvaaminen kaksoisfunktioiden kurkkuilla johti:
Suoritettu kohinan vähentäminen: Ero-moodin kohinan vaimennus saavutti 40 dB@1MHz, ja yhteisen moodin kohinan vaimennus saavutti 35dB@5MHz (noudattaa FCC: n osan 15 luokan B rajoituksia).
Tehokkuuden parantaminen: Yleinen tehokkuus lisääntyi 0. 8% vähentyneiden ydinhäviöiden vuoksi.
Tekniset kehitysohjeet
Adaptation to wide-bandgap semiconductors: In response to the high switching frequencies (>1MHz) GAN/sic-laitteita, erittäin korkean taajuuden vaste-integroituja tukikohteita (kuten ohutkalvomagneettimalliaattimat).
Älykäs suodatus: Virta -anturien ja säädettävien induktorien integrointi dynaamiseen melunvaimennukseen (esim. AID -algoritmien mukainen adaptiivinen suodatus).
Johtopäätös
Kaksihuollon tukehtumat rakenteellisten innovaatioiden ja materiaalien optimoinnin avulla käsittelee perinteisten EMI-suodattimien suurten koon, korkeiden kustannusten ja suunnittelun monimutkaisuuden ongelmia, jotka sopivat erityisesti avaruusrajoitetuille korkean tiheyden tehojärjestelmille (kuten 5G tukiasemille ja uusille energiaajoneuvojen elektroniikalle). Tulevaisuudessa kolmannen sukupolven puolijohdeteknologian lisääntyessä sellaisista integroiduista komponenteista tulee ydinlaitteita tehokkaan melunhallinnan kannalta.