I filtri EMI attivi di TI riducono le dimensioni dei progetti di alimentatori

Oggi i progetti elettronici sono sempre più colpiti dalle interferenze elettromagnetiche (EMI). Man mano che i dispositivi diventano più piccoli e più densi, sperimentano una maggiore EMI a causa della vicinanza tra l'aggressore e la vittima. Una probabile fonte di EMI sono gli alimentatori a commutazione, notoriamente rumorosi. Ora, con progetti più densi, l’impatto di questi alimentatori sta diventando più pronunciato.

Per contribuire a risolvere tali problemi EMI, Texas Instruments ha rilasciato questa settimana due nuovi circuiti integrati di filtro EMI attivi, che consentono entrambi progetti EMI più piccoli e leggeri. In questo articolo parleremo degli alimentatori a commutazione come fonte di EMI, dei filtri EMI attivi e delle nuove soluzioni di Texas Instruments.

I problemi EMI derivano da correnti e tensioni in rapido cambiamento all'interno di un circuito elettronico. Nello specifico, la corrente transitoria e la tensione di picco causate da dv/dt e di/dt durante il funzionamento del sistema portano a campi magnetici ed elettrici indotti, che possono essere condotti o irradiati e interferiscono con tracce o dispositivi elettronici vicini.

Sulla base di questa comprensione, è chiaro perché gli alimentatori a commutazione siano una fonte così forte di EMI.

Gli alimentatori a commutazione funzionano tramite l'accensione e lo spegnimento rapidi di un transistor per manipolare la corrente attraverso un induttore. Accendendo e spegnendo in modo giudizioso e rapido questo transistor, il circuito sfrutta i campi magnetici in espansione e collasso sull'induttore, consentendo agli alimentatori a commutazione di diminuire o aumentare una tensione di ingresso per un'uscita ben regolata.

Tuttavia, questa rapida azione di accensione e spegnimento dell'alimentatore genera grandi correnti discontinue nel sistema. La commutazione ad alta velocità e spesso a corrente elevata provoca emissioni irradiate e condotte a causa delle correnti di carica nel sistema e dell'ondulazione di tensione sull'uscita del sistema.

Un modo per ridurre al minimo l'impatto delle EMI sugli alimentatori a commutazione è utilizzare filtri EMI attivi (AEF).

A differenza dei filtri EMI passivi, che utilizzano induttori e condensatori per creare un disadattamento di impedenza nel percorso della corrente EMI, i filtri EMI attivi mirano al rumore di rilevamento nell'alimentatore e producono rumore complementare per annullare gli effetti EMI complessivi. Per fare ciò, gli AEF sono costituiti da un amplificatore di rilevamento in una topologia a feedback negativo con una serie di componenti di compensazione e smorzamento nella catena di feedback. Insieme, questi componenti rilevano la tensione di rumore, la amplificano e iniettano una corrente di cancellazione nel sistema.

A causa della loro natura attiva, gli AEF forniscono prestazioni eccezionali e riducono significativamente l'area e il volume rispetto ai filtri passivi. Infatti, rispetto a un filtro passivo tradizionale, gli AEF possono risultare in un’area più piccola di quasi il 50% e in un volume inferiore del 75% rispetto alle soluzioni passive.

Questa settimana, Texas Instruments ha rilasciato due nuovi circuiti integrati di filtro EMI attivi autonomi progettati per consentire il filtraggio piccolo e leggero delle EMI causate da alimentatori a commutazione.

Due punti di forza della nuova famiglia sono il TPSF12C1-Q1 e il TPSF12C3-Q1 per applicazioni automobilistiche. In modo univoco, i circuiti integrati di questa famiglia integrano completamente gli stadi di rilevamento, filtraggio, guadagno e iniezione, nonché i circuiti di compensazione e protezione, in un unico package. Queste caratteristiche, combinate con l'amplificazione capacitiva degli AEF, hanno consentito a TI di ridurre significativamente le dimensioni dei filtri EMI. TI dichiara una riduzione pari all'80% dei valori di induttanza dell'induttanza di modo comune.

L'azienda spera che questi nuovi prodotti contribuiscano a consentire implementazioni del filtraggio EMI più efficienti in termini di spazio e costi per un futuro di veicoli ed elettronica più leggeri.