Filtros EMI activos de TI para reducir el tamaño de los diseños de fuentes de alimentación

Hoy en día, los diseños electrónicos se ven cada vez más afectados por la interferencia electromagnética (EMI). A medida que los dispositivos se vuelven más pequeños y densos, experimentan una mayor EMI debido a la proximidad entre el agresor y la víctima. Una fuente probable de EMI son las fuentes de alimentación de modo conmutado, que son notoriamente ruidosas. Ahora, con diseños más densos, el impacto de estas fuentes de alimentación es cada vez más pronunciado.

Para ayudar a abordar estos problemas de EMI, Texas Instruments lanzó esta semana dos nuevos circuitos integrados de filtro EMI activos, los cuales permiten diseños de EMI más pequeños y livianos. En este artículo, hablaremos sobre las fuentes de alimentación conmutadas como fuente de EMI, los filtros EMI activos y las nuevas soluciones de Texas Instruments.

Los problemas de EMI surgen de corrientes y voltajes que cambian rápidamente dentro de un circuito electrónico. Específicamente, la sobrecorriente y el voltaje máximo causados ​​por dv/dt y di/dt durante la operación del sistema conducen a campos magnéticos y eléctricos inducidos, que pueden conducirse o radiarse e interferir con trazas o dispositivos electrónicos cercanos.

En base a este entendimiento, es claro ver por qué las fuentes de alimentación de modo conmutado son una fuente tan fuerte de EMI.

Las fuentes de alimentación de modo conmutado funcionan con el encendido y apagado rápido de un transistor para manipular la corriente a través de un inductor. Al encender y apagar juiciosamente y rápidamente este transistor, el circuito explota los campos magnéticos que se expanden y colapsan en el inductor, lo que permite que las fuentes de alimentación conmutadas reduzcan o aumenten el voltaje de entrada para una salida bien regulada.

Sin embargo, esta rápida acción de encendido y apagado de la fuente de alimentación genera grandes corrientes discontinuas en el sistema. La conmutación de alta velocidad y, a menudo, de alta corriente da como resultado emisiones radiadas y conducidas debido a las corrientes de carga en el sistema y la ondulación del voltaje en la salida del sistema.

Una forma de minimizar el impacto de EMI en las fuentes de alimentación de modo conmutado es usar filtros EMI activos (AEF).

A diferencia de los filtros EMI pasivos, que utilizan inductores y condensadores para crear una falta de coincidencia de impedancia en la ruta de corriente EMI, los filtros EMI activos detectan ruido en la fuente de alimentación y producen ruido complementario para cancelar los efectos EMI generales. Para hacer esto, los AEF consisten en un amplificador de sentido en una topología de retroalimentación negativa con una serie de componentes de compensación y amortiguamiento en la cadena de retroalimentación. Juntos, estos componentes detectan el voltaje de ruido, lo amplifican e inyectan una corriente de cancelación en el sistema.

Debido a su naturaleza activa, los AEF brindan un rendimiento excepcional y reducen significativamente el área y el volumen en comparación con los filtros pasivos. De hecho, en comparación con un filtro pasivo tradicional, los AEF pueden generar un área casi un 50 % más pequeña y un 75 % menos de volumen que las soluciones pasivas.

Esta semana, Texas Instruments lanzó dos nuevos circuitos integrados de filtro EMI activos independientes diseñados para permitir el filtrado pequeño y liviano de EMI causado por fuentes de alimentación de modo conmutado.

Dos aspectos destacados de la nueva familia son el TPSF12C1-Q1 y el TPSF12C3-Q1 para aplicaciones automotrices. Excepcionalmente, los circuitos integrados de esta familia integran completamente las etapas de detección, filtrado, ganancia e inyección, así como los circuitos de compensación y protección, en un solo paquete. Estas características, combinadas con la amplificación capacitiva de los AEF, permitieron a TI reducir significativamente el tamaño de los filtros EMI. TI reclama hasta un 80% de reducción en los valores de inductancia de estrangulamiento de modo común.

La compañía espera que estos nuevos productos ayuden a permitir implementaciones de filtrado EMI más eficientes en términos de espacio y costos para un futuro de vehículos y dispositivos electrónicos más livianos.