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 un aumento de EMI debido a la proximidad entre el atacante y la víctima. Una fuente probable de EMI son las fuentes de alimentación conmutadas, 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 con filtros EMI activos, los cuales permiten diseños de EMI más pequeños y livianos. En este artículo hablaremos sobre fuentes de alimentación conmutadas como fuente de EMI, filtros EMI activos y nuevas soluciones de Texas Instruments.
TI cree que sus circuitos integrados con filtros EMI activos autónomos pueden admitir diseños de fuentes de alimentación de alta densidad. Imagen cortesía de Texas Instruments
EMI en fuentes de alimentación conmutadas
Los problemas de EMI surgen del cambio rápido de corrientes y voltajes dentro de un circuito electrónico. Específicamente, la sobrecorriente y el sobrevoltaje causados por dv/dt y di/dt durante el funcionamiento del sistema conducen a campos eléctricos y magnéticos inducidos, que pueden conducirse o radiarse e interferir con trazas o dispositivos electrónicos cercanos.
Según este entendimiento, está claro por qué las fuentes de alimentación de modo conmutado son una fuente tan fuerte de EMI.
Una topología de circuito de impulso
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 aprovecha 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 provoca emisiones radiadas y conducidas debido a las corrientes de carga en el sistema y la ondulación del voltaje en la salida del sistema.
Filtros EMI activos (AEF)
Una forma de minimizar el impacto de la interferencia electromagnética en las fuentes de alimentación conmutadas es utilizar filtros EMI activos (AEF).
Implementación de la AEF. Imagen cortesía de Texas Instruments
A diferencia de los filtros EMI pasivos, que usan inductores y capacitores para crear una impedancia desadaptada en la ruta de la corriente EMI, los filtros EMI activos ubican el ruido de detección 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 matriz 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 volumen un 75 % más pequeño que las soluciones pasivas.
TI lanza filtros EMI activos autónomos «primeros en la industria».
Esta semana, Texas Instruments lanzó dos nuevos circuitos integrados de filtro EMI activos independientes diseñados para permitir el filtrado pequeño y ligero de EMI causado por fuentes de alimentación conmutadas.
Un esquema simplificado usando TPSF12C1-Q1. Imagen cortesía de Texas Instruments
Dos aspectos destacados de la nueva familia son TPSF12C1-Q1 y TPSF12C3-Q1 para aplicaciones automotrices. Excepcionalmente, los circuitos integrados de esta familia integran completamente las etapas de detección, filtro, 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, han permitido que TI reduzca significativamente el tamaño de los filtros EMI. TI reclama hasta un 80% de reducción en los valores de inductancia 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 productos electrónicos más livianos.