DC/DC-Wandler Erster Buck-Controller mit integriertem aktivem EMI-Filter

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Texas Instruments (TI) hat die ersten DC/DC-Buck-Controller mit integriertem aktivem EMI-Filter vorgestellt. Mit den Wandlern der neuen Familie können Entwickler den Platzbedarf von Stromversorgungsen reduzieren und elektromagnetische Interferenzen (EMI) eindämmen.

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Größenvergleich: links ein Wandler mit passivem, rechts mit aktivem EMI-Filter.
Größenvergleich: links ein Wandler mit passivem, rechts mit aktivem EMI-Filter.
(Bild: Texas Instruments)

Ausgestattet mit einem integrierten aktiven EMI-Filter (AEF) und DRSS-Technologie (Dual-Random Spread-Spectrum), bieten die Bausteine LM25149-Q1 und LM25149 die Möglichkeit, die Fläche des externen EMI-Filters zu halbieren, das Ausmaß der leitungsgebundenen EMI des Stromversorgungs-Designs über mehrere Frequenzbänder hinweg um bis zu 55 dBµV zu verringern oder sich für eine Kombination aus reduzierter Filtergröße und niedrigem EMI-Niveau zu entscheiden.

Eindämmen von EMI als Herausforderung

Die Eindämmung der elektromagnetischen Interferenzen in Stromversorgungen ist eine wachsende Herausforderung bei der Entwicklung. Dies gilt insbesondere angesichts des zunehmenden Elektronikgehalts in Fahrassistenzsystemen (ADAS), Infotainment- und Cluster-Systemen im Automotive-Segment, in der Gebäudeautomation sowie in Aerospace- und Rüstungs-Designs.

Um sicherzustellen, dass ein Design den Vorgaben für die leitungsgeführten Störgrößen entspricht, musste bislang das externe passive EMI-Filter vergrößert werden, was wiederum den Platzbedarf der Stromversorgung erhöhte. Dank der Integration des AEF bieten die Buck-Controller LM25149-Q1 und LM25149 lassen sich die EMI-Normen einhalten und gleichzeitig die Leistungsdichte steigern.

Reduzierung der leitungsgeführten Störgrößen über das gesamte Frequenzspektrum der Norm CISPR 25 Klasse 5

Die strengsten Vorschriften der Industrie für Designs mit niedrigem EMI-Niveau sind die Automotive-EMI-Spezifikationen CISPR 25 Klasse 5 (Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques). Die Buck-Controller LM25149-Q1 und LM25149 unterstützen Entwickler bei der Einhaltung dieser Vorgaben, indem sie die leitungsgeführten Störgrößen über mehrere Frequenzbänder hinweg abschwächen.

Der integrierte AEF hilft bei der Detektierung und Eindämmung leitungsgeführter Störgrößen im niedrigen Frequenzband von 150 kHz bis 10 MHz. Entwickler können dadurch das EMI-Niveau gegenüber einem Design mit deaktiviertem AEF um bis zu 50 dBµV verringern (bei 440 kHz Schaltfrequenz), während die Reduzierung gegenüber einem Design mit typischem passivem Filter bis zu 20 dBµV beträgt. In beiden Designszenarien hilft außerdem die DRSS-Technologie, das EMI-Niveau in den niedrigen und hohen Frequenzbändern um weitere 5 dBµV zu senken.

Zur weiteren EMI-Reduzierung bieten beide Buck-Controller die Möglichkeit der Synchronisation zu einem externen Takt. Entwickler können hiermit in EMI-sensiblen Anwendungen unerwünschte Schwebungsfrequenzen unterdrücken.

Kleinere externe EMI-Filter im Verbund mit minimierten Lösungskosten

Die Wahrung eines niedrigen EMI-Niveaus in Stromversorgungen und das Erzielen kleiner Lösungsabmessungen schließen sich in getakteten Designs normalerweise aus. Die Buck-Controller LM25149-Q1 und LM25149 aber erlauben es, anspruchsvolle EMI-Normen zu erfüllen und gleichzeitig den Platzbedarf zu verringern, indem Fläche und Volumen des passiven EMI-Filters reduziert werden. Im Vergleich mit anderen Lösungen lässt sich für das Frontend-EMI-Filter bei 440 kHz eine maximale Flächenersparnis von nahezu 50 % und eine Volumenreduzierung um über 75 % erreichen. Der integrierte AEF entschärft die Filteraufgaben der passiven Elemente, sodass sich diese kleiner und kostengünstiger ausführen lassen und die Entwickler kleinstmögliche Stromversorgungs-Designs mit niedrigem EMI-Niveau realisieren können.

Eine weitere Anhebung der Leistungsdichte bewirken die Controller LM25149-Q1 und LM25149, indem sie einen versetzten Zweiphasen-Betrieb ermöglichen. Außerdem sind die Bootstrap-Diode, die Regelkreis-Kompensation und die Bauelemente zur Rückführung der Ausgangsspannung integriert, was die Komplexität und die Kosten des Designs verringert. Wenn dies zur weiteren Optimierung ihrer Designs gewünscht ist, haben Entwickler jedoch auch die Möglichkeit, die Rückkopplung und die Regelkreis-Kompensation extern zu implementieren.

Vorserien-Stückzahlen der 42-V-Bausteine LM25149-Q1 und LM25149 gibt es ab sofort in einem thermisch optimierten, 3,5 mm x 5,5 mm großen VQFN-Gehäuse (Very thin Quad Flat No-lead) mit 24 Pins.

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