Современная электроника №8/2019

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 18 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2019 Выбор и использование ферритовых бусин для подавления звона в импульсных преобразователях Рис. 1. Типовая схема синхронных понижающих преобразователей с использованием ферритовых бусин В статье рассматриваются ферритовые бусины типоразмеров 0603 и 0805 компании Wurth Elektronik, которые позволяют уменьшить скорость нарастания импульсов в переходных процессах при коммутации MOSFET верхнего плеча в синхронном понижающем преобразователе, чтобы уменьшить амплитуду и продолжительность звона. Кристофер Ричардсон, Ранжит Браманпалли (Wurth Elektronik) В ВЕДЕНИЕ «Звон» – распространённый термин, обозначающий нежелательные колеба- ния, которые происходят при комму- тации ключа и наличии паразитных индуктивностей и ёмкостей. Паразит- ная ёмкость ключа, высвобождающая энергию при его переключении, обра- зует звон с паразитными индуктивно- стями дискретных силовых дросселей, проводников печатной платы, выводов компонентов, разъёмов и т.д. Поскольку у печатных плат всегда имеются пара- зитные элементы, все импульсные пре- образователи генерируют, по крайней мере, незначительный звон. Частоты этих электромагнитных помех (ЭМП), как правило, находятся в диапазоне 50–200 МГц. На этих частотах прово- дники печатных плат, а также вход- ные и выходные выводы работают как антенны, приводя к появлению кондук- тивных помех и излучаемого шума. Большинствоимпульсныхпреобразо- вателей работает на частотах до 5 МГц. Поскольку мощность высших гармони- ческих составляющих, возникающихпри коммутации, какправило, оченьмалана частотах до 50МГц и выше, на осцилло- грамме излучаемых ЭМП эти гармони- ки маскируются основной частотой и могут остаться незамеченными. Кроме того, если пульсации основной часто- ты относительно просто подавляют- ся с помощью LC-фильтров, то с гармо- никами высших порядков дело обстоит иначе. На частотах 50–200 МГц мно- гие дроссели фильтра ведут себя не как индуктивности, а как ёмкости, ипракти- ческиперестают ослаблять сигналы. Схо- жимобразомведут себяиконденсаторы фильтра, импеданс которых в диапазоне 50–200 МГц приобретает индуктивный характер. В таких случаях более эффек- тивным способом фильтрации являет- ся использование ферритовых бусин, поскольку у них очень малое сопротив- ление на низких частотах (как прави- ло, меньше 10 МГц). Однако у этих ком- понентов очень большие резистивные потери в диапазоне частот от 10МГц до 1 ГГц, что зависит от их типаиконструк- ции. Какправило, ферритыприменяются последовательно входным и выходным соединениямимпульсныхпреобразова- телей, а также последовательно силовым ключам, как видно из рисунка 1. Поскольку главным недостатком раз- мещения ферритовых бусин на рисун- ке 1 является прохождение через них больших токов, номинальные сопро- тивления этих устройств по постоянно- му току должны соответствовать требо- ваниям к мощности рассеивания. Кро- ме того, необходимо также учитывать рассеиваемуюмощность устройствами при преобразовании высокочастотно- го звона в тепло. Величину рассеивае- мой мощности высокочастотных токов трудно рассчитать, т.к. амплитуда сигна- лов почти полностью зависит от пара- зитных элементов. На практике ферри- товые бусины выбираются так, чтобы их номинальный ток в два раза превы- шал фактическое максимальное зна- чение тока через эти элементы. При небольшой мощности применяются недорогие устройства для поверхност- ного монтажа, но при высоких значени- ях мощности необходимо параллельно устанавливать большие ферриты, что приводит к удорожанию схемы и умень- шению свободного места на плате. В статье рассматриваются ферри- товые бусины типоразмеров 0603 и 0805, которые позволяют уменьшить скорость нарастания фронта в пере- ходных процессах при коммутации MOSFET верхнего плеча в синхронном понижающем преобразователе, что, в свою очередь, позволяет уменьшить амплитуду и продолжительность зво- на. В частности, уменьшение скорости нарастания фронта импульсов обеспе- чивает превосходные результаты; при этом лишь незначительно возраста- F HIGH F IN+ F IN– F O– F O+ F LOW D D V IN + + + – V IN + – V O + + – V O + – – + + + – Статья впервые была опубликована в журнале «Электронные компоненты» № 4, 2017. .. ..