Texas Instruments : DC/DC-Controller mit integriertem aktivem EMI-Filter

Die neue Familie von DC/DC-Buck-Controllern von Texas Instruments (TI) ermöglicht es Entwicklern die Abmessungen von Stromversorgungs-Lösungen zu reduzieren und ihre elektromagnetischen Interferenzen (EMI) einzudämmen. Die Bausteine LM25149-Q1 und LM25149 sind mit einem integrierten aktiven EMI-Filter (AEF) und DRSS-Technologie (Dual-Random Spread-Spectrum) ausgestattet und geben Entwicklern 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.

Die Eindämmung der elektromagnetischen Interferenzen in Stromversorgungen stellt eine wachsende Herausforderung beim Design dar, vor allem durch den zunehmenden Elektronikgehalt in Fahrassistenzsystemen (Advanced Driver Assistance Systems – ADAS), Infotainment- und Cluster-Systemen im Automotive-Segment, in der Gebäudeautomation sowie in Aerospace- und Rüstungs-Designs. Damit ein Design den Vorgaben für die leitungsgeführten Störgrößen entspricht, vergrößerte man bisher die Größe des externen passiven EMI-Filters, was wiederum die Gesamt-Lösungsabmessungen der Stromversorgung erhöhte. Durch die Integration des AEF geben die Buck-Controller LM25149-Q1 und LM25149 Entwicklern nun die Möglichkeit, die EMI-Normen einzuhalten und gleichzeitig die Leistungsdichte ihrer Designs zu steigern.

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 die 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.

Ein niedriges EMI-Niveau in Stromversorgungen und das Erzielen kleiner Lösungsabmessungen schließen sich in getakteten Designs normalerweise aus. Die Buck-Controller LM25149-Q1 und LM25149 erlauben den Designern aber, anspruchsvolle EMI-Normen zu erfüllen und gleichzeitig die Lösungsabmessungen zu verringern, indem die Fläche und das Volumen des passiven EMI-Filters reduziert werden. So können Entwickler für das Frontend-EMI-Filter bei 440 kHz eine maximale Flächenersparnis von nahezu 50 Prozent und eine Volumenreduzierung um über 75 Prozent 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.

Entwickler haben auch die Möglichkeit, die Rückkopplung und die Regelkreis-Kompensation extern zu implementieren, wenn dies zur Optimierung des Designs gewünscht ist.