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TDK:车载电源线路用共模滤波器

2021-08-24 08:41  点击数:    admin
安全性和舒适性不断增强的汽车搭载了很多电子设备。电子电路有信号线路和电源线路,需要分别采取防噪声对策。TDK的共模滤波器的特点是可以根据用途分别提出多种产品阵容,准备了追求小型薄型化的产品群、为了在车载用途中能应对严格的环境条件,采用独有端子结构的产品群。本章将介绍电源线路用共模滤波器。

DC输入滤波器电路基本构成

DC输入滤波器电路的滤波构成受基板图案的接地方法很大影响,需要根据使之衰减的频带和噪声传播途径分别使用适当的部件。在EMI对策中,设计初期阶段最好采用能配置电感器(L)、电容器(C)、共模滤波器(CMF)的图案构成。

滤波器构成示例

正常(差分)模式噪声和共模噪声

传导噪声有正常(差分)模式噪声和共模噪声两种。正常模式噪声发生在电路线路之间并逆相流动,共模噪声发生在电路线和接地线路之间并同相流动。采取噪声对策时,需要确认是在哪种模式下发生的,使用适当的对策部件。
为正常模式噪声使用电感器、电容器,为共模噪声使用共模滤波器。

传导噪声的传导方式

正常模式噪声

流过电路线路的噪声(在线路中逆相流动)

图4

共模噪声

流过框架地线的噪声(与线路同相流动)

图5

车载ECU用DC-DC转换器的趋势

不断电子化的汽车搭载了很多ECU,需要采取共模噪声的对策。现在的汽车ECU的DC-DC转换器为了避开AM频带,DC-DC转换器的开关频率变为2MHz,高频范围的噪音对策变得很重要。

图6:各应用使用的频带

当开关频率变为2MHz时噪声的变化

传导噪声电压法

条件:输入5V-输出1.2V/2A,无输入滤波器
当开关频率达到2MHz时,基本电波达到AM频带以上,FM频带的噪声变大。

图7:开关频率:400KHz

图8:开关频率: 2MHz

作为参考,记载CISPR25 Level5(Peak)的标准值

FM频带的噪声变大的原因

FM频带噪声变大的原因是,当开关的上升速度变快时,高频成分变大。由于框架接地的寄生电容,高频成分的共模电流变得容易很快下降。

1)当开关的上升速度变快时,高频成分变大。

图9

图10:梯形波的频谱

2)频率高的成分由于框架接地的寄生电容,共模电流变得容易很快下降。

图11

根据接地方法,寄生电容的变化很大,所以很难预测共模噪声,若要采取共模噪声的对策,共模滤波器很有效

3)如果针对共模的噪声对策不充分,导致误动作的可能性增大。

假设频率80MHz的噪声电流1μA流过了20cm的电缆环面积20cm2。
距离1m的地方的电场强度的值是

ED= 0.084μV/m
EC=9μV/m

即使是相同的电流值,共模电流的影响也很大(在上述例子中约为100倍)

各模式下的辐射大小
差动电流:ID
共模电流:IC
假设线路长度:L 线间:s
距离:d,
根据以下公式求得。

TDK车载电源线路用共模滤波器的特点和产品阵容

TDK正在扩大应对各种DC电源线路的大电流(最大到8A)的产品阵容。产品在广泛的频带内确保高阻抗,使用温度范围应对“Ta(环境温度)=-40~125℃”。

应对应用示例
产品阵容
Item   共模阻抗(at 100MHz) 直流电阻 额定电流 额定电压 绝缘电阻
(Ω) min. (Ω) typ. (mΩ) max. (A) max. (V) max. (MΩ) max.
共模滤波器,扼流圈:ACT1210G
ACT32P-102-2P-TL00 3.2x2.5x2.5 - 1000 250 0.65 80 10
共模滤波器,扼流圈:ACM70v
LCV55-701-2PL-TL00(正在开发) 5.5x5.5x3.5 - 700 - 3.0 80
LCV55-142-2PL-TL00(正在开发) - 1400 - 2.0
LCV70-701-2PL-TL00 7.0x6.0x3.5 500 700 15 4.0
LCV70-142-2PL-TL00(正在开发) - 1400 26 2.6
ACM90V-701-2PL-T00 9.0x7.0x4.5 500 700 10 5.0
ACM90V-152-2PL-T00 1100 1500 16 3.6
ACM90V-701-2PL-T00 12.0x11.0x6.0 500 700 6 8.0
ACM12V-172-2PL-T00 1200 1700 12 4.8

表1

产品的特点

宽带和高噪声抑制效果

FM频带、Celllular频带等代表的频带也具有高共模阻抗。

低背设计

采用3.5mm Max. 的低背设计,最适合必须进行屏蔽的低背设计ECU。

高质量制造

已进行自动化生产应对
已进行无卤应对

总结

随着DC-DC转换器的工作频率的高频化,FM频带的噪声对策越来越重要。关键是在采取EMI对策的基础上,划分正常模式噪声和共模噪声,特别是,由于共模引起的噪声有时会受图案及层构成、接地方法的影响。若要采取共模噪声对策,共模滤波器很有效。如下图所示,仅正常模式滤波器无法完全降低50MHz以上的噪声,但同时使用共模滤波器可以降低50MHz以上的噪声。
如果EMI因为共模噪声不合格,使用共模滤波器采取对策很有效,但是之后追加时,需要进行设计变更,所以建议在设计阶段时预先准备好可以搭载的图案。


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