Architektúra „Silent Switcher“ firmy Linear Technology výrazným spôsobom znižuje EM emisie.
Toto je archívny článok z 04.01.2018. Niektoré informácie v ňom už nemusia byť aktuálne a v zhode so súčasným stavom. V prípade pochybností Vám radi poskytneme aktuálne informácie.
Ako to funguje?
Architektúra „Silent Switcher“ prvej generácie použitá v obvodoch LT8614, LT8640, LT8641 znižuje EM emisie pomocou:1.návrhu internej štruktúry obvodu a optimálnym rozmiestnením vývodov na puzdre
2.dobre kontrolovanými nábežnými a dobežnými hranami
3.správnym návrhom plošného spoja, ktorý minimalizuje plochy „horúcich slučiek“ na doske plošných spojov (DPS)
4.minimalizáciou impedancie GND na DPS
5.rozprestretím spektra moduláciou spínacej frekvencie
Vylepšená verzia, „Silent Switcher 2“ použitá v obvodoch LT8609S, LT8640S, LT8643S, LT8645S ide ešte ďalej:
1.interná štruktúra obsahuje zemnú plochu a namiesto drôtikov prepojujúcich čip a vývody puzdra sú použité medené stĺpce
2.integruje kondenzátory pripojené k vývodom BST a INTVcc čím ešte viac minimalizuje plochy „horúcich slučiek“
Ako súvisia nábežné/dobežné hrany so spektrom signálu?
Ďalším zdrojom vysokofrekvenčnej (vf) energie je zakmitávanie na hranách. Priebeh napätia v spínacom uzle môže vyzerať takto:
Doba nábehu a dobehu je rádovo v ns, napriek tomu už prvý obvod tejto série, LT8614 má hrany takmer bez zákmitov.
Čím strmšie sú hrany, tým viac vysokofrekvenčných zložiek signál obsahuje. Čím je frekvencia vyššia, tým kratšiu anténu potrebujeme pre efektívne vyžarovanie. Anténu do obvodu nepridávame úmyselne, ale mnoho štruktúr ktoré používame ako časti systému a DPS sú antény.
ale aj takto:
Vyžarovanie zo spínaného regulátora
Vyžarovanie sa vyskytuje v rozdielovom a súhlasnom móde.Rozdielový mód vyžarovania je výsledkom normálnej funkcie obvodu a je spôsobený prúdom tečúcim v slučkách tvorených vodičmi v obvode. Slučky fungujú ako malé slučkové antény a vyžarujú hlavne magnetické polia. Hoci sú tieto slučky potrebné pre činnosť obvodu, pre minimalizáciu vyžarovania musí byť ich veľkosť a plocha v procese návrhu kontrolované.
Súhlasný mód vyžarovania je výsledkom parazitných prvkov v obvode a je spôsobený úbytkom napätia na vodičoch. Prúd tečúci cez impedanciu GND vytvára úbytky napätia. Keď sú k systému pripojené káble, sú budené súhlasným potenciálom GND a formujú antény, ktoré vyžarujú hlavne elektrické polia. Parazitné prvky nie sú úmyselne pridané do systému alebo uvedené v dokumentácii, preto je porozumenie a kontrola súhlasného vyžarovania často ťažšia.
Prečo minimalizovať plochu „horúcich slučiek“?
Ďalšou „horúcou slučkou“ je boost obvod.
Obálka platí pre rozsah frekvencií kde je obvod slučky menší ako ¼ vlnovej dĺžky.
Príklad: Pre frekvenciu 1GHz (horný limit pre meranie vyžarovania počas EMC testov) je vlnová dĺžka vo vzduchu Lambda=c/f=3e8/1e9=0,3m => Lamdba/4=75mm. Obvod slučky na DPS je typicky menší ako 75mm, pre túto anténu teda platí horeuvedená obálka.
Strmé dobežné/nábežné hrany sú potrebné pre činnosť obvodu, jediným spôsobom ako minimalizovať vyžarovanie je zmenšenie plochy A správnym návrhom plošného spoja.
Prúd tečúci „horúcou slučkou“ vytvára slučkovú anténu. Pre slučku s obvodom menším ako ¼ vlnovej dĺžky je maximálne intenzita elektrického poľa E rovnobežná so slučkou.
E=K1 f2 A I_dm
•f – spínacia frekvencia a jej harmonické zložky
•I_dm – prúd tečúci v slučke
•A – plocha slučky
Keď skombinujeme obálku spektra pravouhlého signálu s frekvenčnou charakteristikou slučkovej antény (f2 -> 20 log f2 = 40 log f => 40db/dec) dostaneme obálku vyžarovaných EM emisií v rozdielovom móde.
E=K1 f2 A I_dm
•f – spínacia frekvencia a jej harmonické zložky
•I_dm – prúd tečúci v slučke
•A – plocha slučky
Keď skombinujeme obálku spektra pravouhlého signálu s frekvenčnou charakteristikou slučkovej antény (f2 -> 20 log f2 = 40 log f => 40db/dec) dostaneme obálku vyžarovaných EM emisií v rozdielovom móde.
Obálka platí pre rozsah frekvencií kde je obvod slučky menší ako ¼ vlnovej dĺžky.
Príklad: Pre frekvenciu 1GHz (horný limit pre meranie vyžarovania počas EMC testov) je vlnová dĺžka vo vzduchu Lambda=c/f=3e8/1e9=0,3m => Lamdba/4=75mm. Obvod slučky na DPS je typicky menší ako 75mm, pre túto anténu teda platí horeuvedená obálka.
Prečo minimalizovať impedanciu GND?
Prúdy tečúce po GND na DPS vytvárajú úbytok napätia. So zvyšujúcou sa frekvenciou impedancia stúpa v dôsledku indukčnosti spojov. K takejto GND stačí pripojiť anténu a problém s EMC je tu.Intenzita elektrického poľa krátkeho dipólu je E = K2 f L I_cm
• f – spínacia frekvencia a jej harmonické zložky
• I_cm – prúd tečúci v slučke
• L – dĺžka dipólu
Keď skombinujeme obálku spektra pravouhlého signálu s frekvenčnou charakteristikou antény dostaneme obálku vyžarovaných súhlasných EM emisií.
Ak má byť rozdielový mód vyžarovania vytvoriť rovnakú intenzitu elektrického poľa ako súhlasný potom K1 f2 A I_dm = K2 f L I_cm. Ak vyjadríme pomer I_dm/I_cm dostaneme
I_dm/I_cm=K2 L/ K1 f A = 48e6 L/f A [Henry W. Ott, Electromagnetic Engineering Compatibility]
pre f=100MHz, obvod slučky 40mm => A=127,3mm2=127,3e-6m2, dĺžka kábla (anténa) 1m je I_dm/I_cm= 3770
Inými slovami, súhlasný mód vyžarovania je podstatne efektívnejší ako rozdielový mód.
Na úrovni DPS je možne obmedziť vyžarovanie minimalizáciou impedancie GND.
Ako nám pomôže rozprestretie spektra?
Pre viac informácií o produktoch značky Linear Technology nás prosím kontaktujte na adrese info@soselectronic.sk
Vlastnosti:
- Ultra nízke EM emisie
- Modulácia spínacej frekvencie rozprestretým spektrom
- Účinnosť do 95% pri 1MHz, do 94% pri 2MHz
- Široký rozsah vstupného napätia: 3V až 65V (LT8641, LT8645S), 3,4 až 42V (LT8614, LT8640, LT8609S, LT8640S, LT8643S)
- Výstupné prúdy: LT 8609S 2A, LT8641 3,5A LT8614 4A, LT8640 5A, LT8640S a LT8643S 6A, LT8645S 8A
- Navrhnuté v súlade s AEC-Q100: LT8609S, LT8641, LT8640, LT7640S, LT8645S.
Nezmeškajte takéto články!
Páčia sa Vám naše články? Nezmeškajte už ani jeden z nich!
Nemusíte sa o nič starať, my zabezpečíme doručenie až k Vám.
