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技術文章—降低噪音:限制汽車系統中電磁干擾

2019-06-24來源: 電子創新網作者: Paul Golata關鍵字:電磁干擾

本文,我們將介紹通過降低噪音并限制汽車系統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(靜態電流6.2μA)(見圖1),它適用于通用降壓應用以及汽車和工業領域的產品。LT8650S雙通道同步靜音穩壓器為SoC應用提供了更大的輸入電壓范圍、更優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,并具備快速瞬態響應能力。


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(靜態電流6.2μA)(來源:ADI)


它設計有兩個通道,每個通道同時提供4A和最大6A的電流輸入,并具有超低的靜態電流突發模式,當輸入電壓VIN=12v,輸出電壓VOUT1=5v,VOUT2=3.3v時其靜態電流僅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%)。在強制連續模式下允許固定頻率的開關操作控制整個輸出負載范圍和擴頻操作,可進一步減少電磁干擾。LT8650S可選的外部VC管腳為快速瞬態響應提供了最佳的環路補償,VC管腳還可以實現電流共享。LT8650S觸發一個快速的最小開關時間為40ns,其輸入電壓范圍為3-42V,可調的同步開關頻率是300KHz到3MHz,器件大小4x6mm,32個管腳,采用LQFN封裝。


汽車SoC對電源的負載瞬態響應提出了更高的要求,外圍電源負載電流轉換速率在100A/μs,無論負載如何變化,電源必須使輸出的電壓瞬態值最小,快速切換頻率如LT8650S系列的2MHz特性,有助于加快瞬態恢復。更快的開關頻率對應更快的動態響應和適當的環路補償。


功率電感支持低EMI的解決方案


Coilcraft公司提供三種流行風格的高性能功率電感器,分為XEL、XAL和XFL系列,這些都屬于Ltral產品系列。XEL和XAL系列采用的都是創新型復合材料,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)。對于設計用于承受高峰值電流的高頻電源開關而言,XEL系列無疑是最好的選擇。


Part

L(μH, nominal)

DCR(mΩ,   typical)

ISAT(30%)(A)

XEL4020-222

2.2

35.2

5.9

XAL4020-222

2.2

35.2

5.6

XFL4020-222

2.2

21.4

3.7




圖2:這些表格數據展示它們重要的區別,包括XAL、XEL和XFL系列之間電感和電流的關系,以及功率損失和紋波電流之間的關系(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行設計,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,被新一代靜音開關器件所選用,當然這是ADI工程師評估各方面因素做出的最好決定。


電感技術有效的降低電磁干擾


Coilcraft XAL/XFL功率電感器采用Coilcraft Ltra技術生產,Ltra技術是使用磁性材料(例如鐵粉(Fe))生產電感器的獨特方式,通過模制工藝形成堅固的電感器。該技術有效地消除了繞組之間的任何空間浪費,從而在相同尺寸的部件中產生更高的飽和電流和更低的DC電阻。


市場的趨勢是設計DC/DC轉換器,并且不斷提升切換頻率,目標是降低所需的電感值,減少電感的尺寸和成本。除了這個目標還需要不斷提高組件的效率。隨著開關頻率的增加,頻率相關的損失和核心損耗(交流損耗)變得越來越重要,需要讓設計在高開關頻率下正常工作,這就提出了更多的要求。Ltra技術的復合材料核心是在2MHz的開關頻率下具備更佳的效率。


Ltra產品采用大型端子設計,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技術旨在為市場提供非常強勁的零部件,其堅固的形狀、強大的機械和振動應對能力使它們能夠適合惡劣的環境,如汽車、工業和便攜式電子應用等,Ltra具有優越的溫度穩定性,在-40℃到+125℃的溫度范圍內飽和曲線的變化小于3%,并且符合AEC-Q200標準。


一些電感核心材料表現出一種稱為熱老化的負特性,當電感發生熱老化時,隨著時間和溫度的增加,效率會降低,進而導致發熱量增加,這樣會進入惡性循環。電感器和電路的過熱可能超過額定溫度范圍,有時會造成災難性的后果,Coilcraft Ltra材料體現了消除熱老化問題的重要特性。


Ltra技術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自己的具體設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都經過了優化,每種型號都具有獨特的性能優勢。


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,當只有一個通道啟用時每個通道的限制電流可達到6A。


總結


今天的汽車和工業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穩壓器和Coilcraft的功率電感器是如何協同工作,為用戶提供低電磁干擾解決方案。你現在可能唯一需要擔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?”


作者簡介


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Paul Golata于2011年加入貿澤電子。作為高級技術內容專家,Paul憑借出色的戰略領導力、戰術執行力以及先進技術與相關產品的整體產品線和營銷方向,為貿澤電子的成功做出貢獻。 Paul通過編寫獨特而有價值的技術內容為設計工程師提供最新的技術資訊,促進并增強了貿澤電子作為首選分銷商的地位。在加入貿澤電子之前,Paul曾在Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、JDSU和Arrow Electronics擔任過制造、營銷和銷售相關職位。Paul擁有伊利諾伊州芝加哥市德睿理工學院的電子工程學士學位;加州馬里布佩珀代因大學工商管理碩士學位;德克薩斯州沃思堡的西南浸信會神學院神學碩士及文學士學位;以及德克薩斯州沃思堡西南浸信會神學院的博士學位。



關鍵字:電磁干擾

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