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Auf der APEC in Florida stellte Texas Instruments eine Familie von ICs vor, die darauf ausgelegt sind, die Größe von EMV-Anti-Emissions-Gleichtaktfiltern in ein- und dreiphasigen Netz- und Kfz-Stromrichtern zu verkleinern.

Im Prinzip implementieren die ICs eine Kapazitätsvervielfacherschaltung, um die Y-Kondensatoren in einem herkömmlichen passiven Filterdesign zu emulieren.

Sie sitzen zwischen kleineren Filterinduktivitäten und Kondensatoren (oberes Diagramm), während die Hochfrequenzkomponenten der Spannungen von den zwei oder vier Wechselstromleitern summiert werden und dann ein aus diesen Signalen abgeleiteter gegenphasiger Wechselstrom zurück in den Neutralleiter eingespeist wird.

Vergleichen Sie die aktive Schaltung mit dieser herkömmlichen passiven EMV-Filterschaltung

„Die effektive aktive Kapazität wird durch die Schaltungsverstärkung und die Injektionskapazität bestimmt“, so TI. „Die Erfassungs- und Einspeiseimpedanzen des aktiven EMV-Filters nutzen relativ niedrige Kapazitätswerte bei kleinen Komponentenflächen.“

Scrollen Sie zum Ende dieses Artikels, um zu erfahren, wo in diesem Schema genau Ströme fließen

Was auch immer der Mechanismus ist, das Ergebnis ist laut TI ein Pfad mit niedriger Impedanz für Gleichtaktrauschen, der „eine Reduzierung des Gleichtaktrauschens um 15 bis 25 dB über beispielsweise 150 kHz bis 3 MHz ermöglicht und so dazu beiträgt, die Größe von Gleichtaktdrosseln zu reduzieren“. . Außerdem hieß es: „bis zu 30 dB zwischen 100 kHz und 3 MHz“ und dass sie in der Lage seien, „dazu beizutragen, die EMI-Grenzwerte der CISPR 25 Klasse 5 für leitungsgebundene und abgestrahlte Emissionen einzuhalten“.

Der Unterschied zwischen ein- und dreiphasigen Versionen besteht lediglich in der Anzahl der Eingänge zum Erfassen von Spannungen – zwei bzw. vier (Diagramm links , die dreiphasige Version verfügt über vier Eingangslastwiderstände). Alle diese Signale werden intern zu einem einzigen Wechselstromsignal summiert, das vor der erneuten Einspeisung entsprechend gefiltert wird.

Die Sense- und Injektionskondensatoren (siehe Diagramme) müssen Y-bewertete Komponenten sein.

Die anderen passiven Komponenten am Ausgang dienen der Dämpfung – um die Resonanz zwischen der weiterhin benötigten Gleichtaktdrosselinduktivität und der Injektionskapazität zu verwalten –, die in der aktiven Schleifenverstärkung als Paar komplexer Nullen erscheinen.

Es sind vier Geräte geplant: TPSF12C1 und TPSF12C3 für ein- und dreiphasige kommerzielle Anwendungen, dann TPSF12C1-Q1 und TPSF12C3-Q1 für den Automobileinsatz. Die Massenproduktion ist für das zweite Quartal 2023 geplant, weitere aktive EMI-Filter-ICs sollen später in diesem Jahr erscheinen.

Der Betrieb liegt bei über 8 bis 16 V bei Vcc (18 V standhaltend) und bei bis zu 105 °C Umgebungstemperatur (150 °C Anschlussstelle).

Zu den Schutzfunktionen gehören eine Unterspannungssperre und eine thermische Abschaltung sowie ein Aktivierungspad.

Sie „erfüllen die Anforderungen der IEC 61000-4-5 an die Störfestigkeit gegen Überspannungen und minimieren so den Bedarf an externen Schutzkomponenten wie Dioden zur Unterdrückung transienter Spannungen“, so TI.

Die Verpackung besteht aus 4,2 x 3,3 mm 14pad SOT-23

Anwendungen sind in Bordladegeräten, Servern und unterbrechungsfreien Stromversorgungen vorgesehen.

Dieser Anwendungshinweis enthält die klarsten Informationen zu diesen ICs und enthält ein Beispiel für die Reduzierung der Induktorgröße.

Aktualisieren:Wie funktioniert das?

Electronics Weekly sprach mit Pradeep Shenoy von TI, um zu klären, wie dieses Schema funktioniert.

Die Stromschleife für das eingespeiste Korrektursignal verläuft in einer Richtung in das Neutralsignal innerhalb des Filters und dann über den X-Kondensator zum Live-Signal. Shenoy stellte klar, dass das Schema genauso gut mit einem Paar Injektionskondensatoren funktionieren könnte, einer für Neutral und der andere für Live.

Wie in einer früheren Version dieses Artikels postuliert und von Shenoy bestätigt, verläuft die Stromschleife in die andere Richtung aus dem Erdungsanschluss des IC und zurück in die Stromversorgung über das Chassis/die Erdung (in TIs mit „PE“ gekennzeichnet).Diagramm, hier wiedergegeben).

Die Schleife wird durch die rechte Gleichtaktdrossel vervollständigt, die definitiv genug Signal weiterleitet, damit dies funktioniert, sagte Shenoy. Er fügte hinzu, dass bei der Analyse der Schaltung berücksichtigt werden sollte, dass der IC nicht bei niedrigen Frequenzen wie 50 oder 60 Hz einspeist.

In der vorgeschlagenen Schaltung sind 13 passive Komponenten mit dem IC verbunden, von denen sich viele auf die Stabilität dieser Schaltung auswirken (was besonders spannend sein könnte, da einer ihrer Ausgänge direkt mit einem ihrer Eingänge verbunden ist). Wo sollte der potenzielle Benutzer anfangen, fragte Electronics Weekly?

Es gebe ein zugehöriges Design-Tool, antwortete er, das den Benutzern dieses ICs einen Satz passiver Werte für ihre Anwendung liefern werde, aus denen eine solide, stabile Schaltung zur Evaluierung aufgebaut werden könne.