Niska emisja zakłóceń elektromagnetycznych w konwerterze Buck-Boost

Pomiar za pomocą sondy prądowej jest kolejną metodą pomiaru określoną przez CISPR 25 klasy 5. Mierzy emisję przewodzoną w trybie wspólnym w dwóch różnych odległościach - 50 mm i 750 mm od DUT, podczas gdy metoda napięciowa mierzy emisję przewodzoną zarówno w trybie wspólnym, jak i różnicowym. Rysunki 3b i 3c przestawiają porównanie emisji przewodzonej, zmierzonej sondą prądową, dla podwójnej i pojedynczej pętli. Pojedyncza pętla ma niższy poziom emisji powyżej 30 MHz, a zwłaszcza w paśmie FM, jak pokazano w zaznaczonych na żółto ramkach. W przeciwieństwie do emisji przewodzonych zmierzonych metodą napięciową, pojedyncza pętla nie ma znaczącej przewagi, w porównaniu z podwójną pętlą w paśmie niskiej częstotliwości.

Rysunek 4. Zaekranowane obszary węzłów stopnia mocy na dolnej warstwie w układzie z podwójną pętlą.

Rysunek 3d przedstawia wykres emisji promieniowanej (RE) dwóch różnych układów buck-boost. Wyniki są prawie identyczne, z wyjątkiem tego, że układ z podwójną pętlą ma skok emisji w okolicy 90 MHz, który jest o 5 dBµV/m wyższy, niż w przypadku jednej pętli.

Porównanie parametrów termicznych

Porównanie warunków termicznych omawianych układów przedstawiono na rysunku 5. Termogramy wykonano przy włączonym SSFM, napięciu wyjściowym 12V i napięciu wejściowym 9,4V, które jest najniższą możliwą wartością, przy której w konwerterze pracują 4 tranzystory, zanim tryb pracy zostanie zmieniony na topologię podwyższającą - boost z dwoma tranzystorami. Są to najtrudniejsze warunki pracy dla konwertera. Najgorętszym elementem w obu wersjach układu jest dolny tranzystor MOSFET. Pomimo braku przelotek łączących stopień mocy konwertera z polem miedzi na dolnej warstwie, mogącym rozpraszać ciepło, to straty przełączania są mniejsze dla układu z jedną pętlą. Ponadto, bez przelotek, pojedyncza pętla ma lepsze parametry rozpraszania ciepła w górnej warstwie, ponieważ powierzchnia padu lutowniczego tranzystora MOSFET i połączonego z nim pola miedzi jest większa, niż w przypadku układu z podwójną pętlą.

Wniosek

Ze względu na niski poziom generowanych zakłóceń w zakresie emisji przewodzonej i promieniowanej oraz bez znacznych strat cieplnych, więcej korzyści daje układ buck-boost z pojedynczą pętlą i to on jest zalecany w nowych projektach dużej mocy. Warto zauważyć, że proponowane rozwiązanie układowe tłumi emisję przewodzoną w zakresie powyżej 30 MHz, który jest najtrudniejszym do stłumienia obszarem częstotliwości. Dzięki topologii pracy ze sterowaniem w trybie prądowym peak buck/peak boost i użyciu 4-tranzystorowego stopnia mocy, kontrolery buck-boost firmy ADI takie jak LT8390/LT8390A, LT8391/LT8391A, LT8392, LT8393, LT8253 są najlepszym wyborem do zastosowań motoryzacyjnych lub wszelkich aplikacji wrażliwych na poziom EMI.

Rysunek 5. (a) Termogram układu z dwiema pętlami, (b) z jedną pętlą

O autorach

Yonghwan Cho jest starszym inżynierem aplikacji w Analog Devices w Santa Clara w Kalifornii. Pracuje nad regulatorami przełączającymi DC/DC, w tym 4-tranzystorowymi regulatorami napięcia buck-boost i sterownikami LED do zastosowań w motoryzacyji. Yonghwan otrzymał tytuł doktora. W 2017 roku uzyskał dyplom z elektrotechniki na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej w Raleigh w Karolinie Północnej. Można się z nim skontaktować pod adresem yonghwan.cho@analog.com.

Keith Szolusha jest dyrektorem ds. aplikacji w Analog Devices w Santa Clara w Kalifornii. Keith pracuje w BBI Power Products Group od 2000 roku, koncentrując się na konwerterach typu boost, buck-boost i sterownikach LED, jednocześnie zarządzając komorą EMI produktów zasilających. Otrzymał licencjat w 1997 i tytuł magistra w 1998 z MIT w Cambridge w stanie Massachusetts, koncentrując się na piśmiennictwie technicznym. Można się z nim skontaktować pod adresem keith.szolusha@analog.com.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy © Analog Devices