Ferrite bead что это

6

Noise Noise Noise! Ferrite Beads to the Rescue!

One of the most basic concerns that an electrical engineer must keep in mind is noise. The slightest interference can significantly disrupt an important signal, and ultimately lead to numerous more problems especially for sensitive electronics. Bypass capacitors are just one type of the many components that can help account for unnecessary noise and obstructive signals that hinder smooth electrical operations. However, these typically used only around voltage regulators and power pins. While this safety feature may be able to reduce a significant amount of noise, there are other components you can use to further reduce impedance if you so desire. One of such, includes ferrite beads.

What are Ferrite Beads?

Ferrite beads physically look very much like a big diode, consisting of a wire and a large black ceramic shell of ferrite (Figure 1). They come in through-hole styles or as surface mount components. Ferrite beads can manipulate the current flowing through a system due to its electromagnetic properties, making it a great choice for regulating extra noise and electromagnetic interference (EMI) experienced by any circuit. Some people think of these components as an example of a low-pass filter. However, the main difference between the two are that ferrite beads are limited to a specific band width which they can operate on.

Ferrite Beads for Separating Power Grounds

A common place for EMI to occur is in any space where various mixed signal types are present. Most likely, the PCB you design will incorporate both analog (raw sensors readings, sine/cosine waves, etc.) and digital (buttons, microcontroller 0’s and 1’s, high and lows, square waves, etc.) signals. These signals are all tied together through the power and ground planes, making these planes the perfect place for interfere to travel along. As a designer we want to minimize all the possible places where the digital and analog signals may interfere with each other, and one of the best things you can do in this situation is to separate the analog grounds from the digital grounds.

Чистое питание для каждой микросхемы, часть 3: понятие ферритовых бусин

Предыдущую статью мы закончили сокращенным набором рекомендаций для правильного проектирования и разводки цепи блокировки источников питания, которая будет хранить достаточный заряд для продолжительных отклонений электропитания и иметь низкий импеданс для преобладающих частот шума. Вы можете быть уверены, что этот подход будет более чем достаточным для большинства проектов.

Тем не менее, успех подхода, основанного только на конденсаторах, не означает, что нет возможности для улучшения, и именно здесь вступает в игру менее известный компонент развязки. Если вы чувствуете, что какие-то микросхемы вашей схемы особенно чувствительны к шуму (и поэтому нуждаются в дополнительной фильтрации) или особенно шумят (и поэтому нуждаются в дополнительной развязке от шины питания), вам следует рассмотреть чудесный мир ферритовых бусин.

Что в бусине?

Простейшей формой ферритовой бусины является проводящий провод, вставленный через полый кусок керамического материала, известного как феррит.

Ферритовая бусина

Электромагнитные свойства феррита позволяют материалу влиять на ток, протекающий через проводник. Точная природа этого влияния частично зависит от типа феррита (например, марганец-цинк или никель-цинк), а свойства конкретного ферритового материала могут быть дополнительно уточнены в процессе производства. Во многих ферритовых бусинах поверхностного монтажа проводник оформляется в виде катушке, причем отдельные витки накладываются между ферритовыми листами. Таким образом, электрические характеристики также зависят от деталей конструкции намотки.

Ферритовые бусины можно разделить на две общие категории: бусины с высокой добротностью (Q) (или резонансные) и бусины с низкой добротностью (Q) (или нерезонансные). Бусины с высокой добротностью предназначены для приложений, требующих высокого уровня резонанса, таких как генераторы и специализированные фильтры. Однако в контексте фильтрации питания нам необходимо свести резонанс к минимуму (как обсуждается в данной статье далее), поэтому бусины с высокой добротностью отбрасываем. В оставшейся части статьи любое упоминание ферритовых бусин относится к бусинам с низкой добротностью.

Это не индуктивность, не конденсатор, не резистор.

В нашей попытке разобраться с ферритовыми бусинами мы можем начать с рассмотрения эквивалентной схемы первого порядка, а затем перевести эту эквивалентную схему в общий график зависимости импеданса от частоты.

Эквивалентная схема ферритовой бусины

Индуктивность помещается в центр в качестве напоминания о том, что преобладающая реакция ферритовой бусины является индуктивной, т.е. по мере увеличения частоты увеличивается и импеданс. Однако в какой-то момент (обычно где-то между 30 и 500 МГц) параллельная емкость начинает доминировать над индуктивностью, и при увеличении частоты импеданс уменьшается. Относительно небольшое параллельное сопротивление (скажем, порядка 100 Ом) уменьшает резонанс, связанный с конденсатором и индуктивностью, поэтому импеданс выравнивается в точке перехода, а не достигает всплеска как при высокой добротности. Это поведение отчетливо видно на следующем графике, показывающем измеренные характеристики импеданса стандартной ферритовой бусины SMD производства Wurth Electronics.

Зависимость импеданса ферритовой бусины от частоты

Черная линия показывает общий импеданс, который (хотя это и не показано на графике) начинается с R_посл, иначе называемого сопротивлением бусины по постоянному току. Затем он линейно увеличивается на продолжении индуктивного частотного диапазона, выравнивается на 300 МГц, а затем уменьшается до выравнивания на 1,1 ГГц.

Красные и синие пунктирные линии показывают, что общий импеданс является результатом двух отдельных элементов, а именно реактивного сопротивления индуктивности (XL) и частотно-зависимого активного сопротивления (R). Это поднимает важный момент: эквивалентная схема, приведенная выше, разработана для моделирования частотного поведения бусины – она не передает внутреннюю структуру бусины. Эквивалентная модель полезна для понимания того, как импеданс ферритовой бусины изменяется с частотой, и для моделирования, но в первую очередь свойства импеданса компонента определяет сам ферритовый материал. Это важно понимать, потому что эквивалентная схема может отвлечь вас от одной из определяющих характеристик ферритовых бусин: фактически они рассеивают высокочастотную энергию.

Вошел шум, вышло тепло

Напомним, что идеальные индуктивности и конденсаторы не рассеивают никакой энергии; они просто хранят энергию, либо в магнитном поле (индуктивности), либо в электрическом поле (конденсаторы). Резистор, с другой стороны, выводит энергию из схемы и рассеивает ее как тепло. Ферритовые бусины, в отличие от индуктивностей, преднамеренно резистивны на высоких частотах. Вот почему приведенный выше график имеет красную пунктирную линию с надписью «R» – от 100 МГц до 1 ГГЦ бусина демонстрирует значительный активный, а не реактивный импеданс. Фактически некоторые ферритовые бусины и катушки индуктивности с ферритовыми сердечниками практически идентичны по конструкции, за исключением того, что ферритовая бусина использует ферритовый материал с большими «потерями», потому что производитель хочет, чтобы бусина рассеивала, а не хранила высокочастотную энергию.

Но зачем вдаваться в эти ненужные подробности? Мы обратили на них внимание по двум причинам. Во-первых, вы не можете по-настоящему разобраться с ферритовыми бусинами, пока не уделите должное внимание этому фундаментальному различию между катушкой индуктивности и бусиной. Во-вторых, эта характеристика «потерь» делает ферритовую бусину особенно подходящей для подавления шума. Почему? Катушка индуктивности может привести к резонансу и звону, когда энергия высокочастотного шума, накопленная в индуктивности, взаимодействует с емкостью в другой части схемы. Как мы видели в предыдущих статьях, звон может стать серьезной проблемой даже тогда, когда мы имеем дело только с паразитной индуктивностью. Мы не хотим усугублять ситуацию с резонансом/звоном, и поэтому выбираем ферритовые бусины вместо катушек индуктивности.

Выбирайте внимательно

Ключом к максимизации преимуществ подавления шума ферритовой бусиной является обеспечение того, чтобы целевые частоты шума попадали в резистивный диапазон бусины, то есть ту часть частотной характеристики, где активный импеданс доминирует над реактивным. Это означает, что вы не можете просто взглянуть на основные спецификации, указанные в каталоге или техническом описании. Например, предположим, что вы ожидаете максимум шума на 100 МГц из-за тактового сигнала микропроцессора. Описание из каталога для компонента Wurth, рассмотренного выше, следующее:

Описание ферритовой бусины из каталога (пример 1)

И среди спецификаций вы увидите следующее:

Спецификация импеданса ферритовой бусины (пример 1)

На основе этой информации вы можете предположить, что резистивный диапазон бусины включает в себя 100 МГц. В этом случае вы будете правы – как показано на графике частотной характеристики, эта конкретная бусина входит в резистивное состояние примерно на 80 МГц.

Резистивный частотный диапазон ферритовой бусины (пример 1)

Тем не менее, на частоте 100 МГц по-прежнему присутствует значительное индуктивное реактивное сопротивление, и очевидно, что бусина обеспечит максимальную эффективность при шумах на частотах около 300 МГц.

Теперь, допустим, вы подумали о компоненте с номером MMZ1608D121CTAH0 от TDK. Описание и спецификация импеданса у него следующие:

Описание ферритовой бусины из каталога (пример 2) Спецификация импеданса ферритовой бусины (пример 2)

Если вы снова предположите, что бусина на частоте 100 МГц преимущественно резистивна, то столкнетесь с небольшими проблемами:

Резистивный частотный диапазон ферритовой бусины (пример 2)

График показывает, что 100 МГц всё еще далеко внутри индуктивного участка кривой импеданса бусины. Основываясь на точке, в которой кривая начинает выравниваться, резистивный диапазон начинается примерно на 500 МГц, и бусина не достигает своей оптимальной шумовой частоты до 700 МГц. Поэтому, если вы выберете эту бусину, то не только пониженный импеданс на целевой частоте шума, но и тип импеданса (а именно реактивный) могут сделать вашу схему более восприимчивой к звону или даже привести к сильным колебаниям на шине питания.

Резюме

В данной статье мы рассмотрели некоторые существенные физические и электрические характеристики ферритовых бусин и увидели, что эти компоненты могут быть особенно эффективными в улучшении качества питания, когда они используются для подавления шумовых частот, попадающих в их диапазон с доминирующим активным импедансом. В следующей статье мы обсудим конкретные методы включения ферритовых бусин в цепи блокировки/обхода источников питания.

Murata: Ферритовые бусины

ЧИП ферритовые бусины – это частотно зависимое сопротивление, используемое для подавления высокочастотных помех в схемах с быстрыми переключениями (при переключении транзисторов и диодов). Например, уменьшение паразитных колебаний при использовании диодов в схеме понижающего преобразователя, фильтр аналогового питания и др.

Ферритовые фильтры для поверхностного монтажа серии BLM компании Murata предназначены для подавления ЭМП в различных радиосхемах, где используются высокая плотность монтажа компонентов, высокие рабочие частоты, где требуется обеспечить высокий уровень помехоустойчивости и снижение уровня ЭМИ.

Обычно ферритовые бусины имеют форму полого цилиндра, в отверстие которого пропускается проводник или ножка радиокомпонента. Ферритовые фильтры для поверхностного монтажа выполняются по многослойной пленочной технологии. На каждый ферритовый слой наносится структура полувитка обмотки. При спекании слоев происходит соединение секций и формируется катушка с внутренним ферритовым стержнем. Такая конструкция позволяет увеличить сопротивление при малых габаритных размерах компонента.

Частотные характеристики ферритовых бусин

Ферритовые ЧИП бусины – это последовательно включенные индуктивность и сопротивление, по сути это индуктивности с большими потерями на перемагничивание (поэтому они изготавливаются из специальных ферритовых материалов). Чем чаще феррит перемагничивается, тем больше на нем выделяется тепла. Тепло выделяется на активном сопротивлении, а не на индуктивности. Т,о. импеданс чип бусины определяется как сумма активного и реактивного сопротивления. Зависимость этих сопротивлений от частоты указывается в документации на компоненты и подбирается под конкретную задачу.
Также, для правильного выбора фильтра необходимо учитывать спектр помех и требуемый уровень их подавления, а также диапазон рабочих токов.

Ферритовые бусины для низкочастотных применений

BL M 18 AG 121 S N 1 D

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1. Ферритовые бусины Murata

2. Тип:
А – сборка
М – дискретный компонент

3. Типоразмер
02 – 01005
03 – 0201
15 – 0402
18 – 0603
21 – 0805
31 – 1206
32 – 1210
41 – 1806

4. Особенности применения
Ax – общего применения
Bx – для высокоскоростных линий передачи данных
Рх – для линий питания
RK – для цифровых интерфейсов
HG – для диапазона до 1ГГц

5. Номинальное сопротивление на частоте 100 МГц, Ом (первые две цифры значимые, третья – степень числа 10)

6. Материал электрода: S/T – олово, А — позолота

7. Категория: N – стандарт

8. Количество элементов: 1 – 1 элемент, 4 – сборка из 4х элементов

9. Упаковка: В – россыпью, К/J – на ленте 330 мм, L /D – на ленте 180 мм

Развязка питающего напряжения
Развязка земли
Фильтрация «звона» в шинах передачи данных и интерфейсных портах
Фильтрация помех на шинах тактовых сигналов

Выбор и использование ферритовых бусин для подавления звона в импульсных преобразователях

«Звон» — распространенный термин, обозначающий нежелательные колебания, которые происходят при коммутации ключа и наличии паразитных индуктивностей и емкостей. Паразитная емкость ключа, высвобождающая энергию при его переключении, образует звон с паразитными индуктивностями дискретных силовых дросселей, проводников печатной платы, выводов компонентов, разъемов и т. д. Поскольку у печатных плат всегда имеются паразитные элементы, все импульсные преобразователи генерируют, по крайней мере, незначительный звон. Частоты этих электромагнитных помех (ЭМП), как правило, находятся в диапазоне 50–200 МГц. На этих частотах проводники печатных плат, а также входные и выходные выводы работают как антенны, приводя к появлению кондуктивных помех и излучаемого шума.

Большинство импульсных преобразователей работает на частотах до 5 МГц. Поскольку мощность высших гармонических составляющих, возникающих при коммутации, как правило, очень мала на частотах до 50 МГц и выше, на осциллограмме излучаемых ЭМП эти гармоники маскируются основной частотой и могут остаться незамеченными. Кроме того, если пульсации основной частоты относительно просто подавляются с помощью LC-фильтров, то с гармониками высших порядков дело обстоит иначе. На частотах 50–200 МГц многие дроссели фильтра ведут себя не как индуктивности, а как емкости, и практически перестают ослаблять сигналы. Схожим образом ведут себя и конденсаторы фильтра, импеданс которых в диапазоне 50–200 МГц приобретает индуктивный характер. В таких случаях более эффективным способом фильтрации является использование ферритовых бусин, поскольку у них очень малое сопротивление на низких частотах (как правило, меньше 10 МГц). Однако у этих компонентов очень большие резистивные потери в диапазоне частот 10 МГц…1 ГГц, что зависит от их типа и конструкции. Как правило, ферриты применяются последовательно входным и выходным соединениям импульсных преобразователей, а также последовательно силовым ключам, как видно из рис. 1.

Рис. 1. Типовая схема синхронных понижающих преобразователей с использованием ферритовых бусин

Поскольку главным недостатком размещения ферритовых бусин на рис. 1 является прохождение через них больших токов, номинальные сопротивления этих устройств по постоянному току должны соответствовать требованиям к мощности рассеивания. Кроме того, необходимо также учитывать рассеиваемую мощность устройствами при преобразовании высокочастотного звона в тепло. Величину рассеиваемой мощности высокочастотных токов трудно рассчитать, т. к. амплитуда сигналов почти полностью зависит от паразитных элементов. На практике ферритовые бусины выбираются так, чтобы их номинальный ток в два раза превышал фактическое максимальное значение тока через эти элементы. При небольшой мощности применяются недорогие устройства для поверхностного монтажа, но при высоких значениях мощности необходимо параллельно устанавливать большие ферриты, что приводит к удорожанию схемы и уменьшению свободного места на плате.

В статье рассматриваются ферритовые бусины типоразмеров 0603 и 0805, которые позволяют уменьшить скорость нарастания фронта в переходных процессах при коммутации MOSFET верхнего плеча в синхронном понижающем преобразователе, что, в свою очередь, позволяет уменьшить амплитуду и продолжительность звона. В частности, уменьшение скорости нарастания фронта импульсов обеспечивает превосходные результаты; при этом лишь незначительно возрастают потери на переключение. Эта задача решается путем тщательного выбора и настройки сопротивления, установленного в цепь затвора MOSFET или вывода с положительным напряжением питания для затвора в управляющей цепи. Однако ферритовая бусина того же размера, что и резистор, так же или даже лучше справляется с поставленной задачей. Выбор бусины осуществляется с помощью ее технического описания, что намного сокращает время испытаний.

Установка бусины последовательно бутстрепной схеме

На рис. 2 показаны два возможных способа реализации элемента, ограничивающего скорость нарастания фронта импульсов: в цепь затвора MOSFET верхнего плеча или последовательно бутстрепной цепи. Второй способ предпочтительнее по трем основным причинам. Во‑первых, при его использовании ограничивается только скорость восходящего фронта, благодаря чему экономится расходуемая мощность, т. к. в каждом цикле замедляется только один переходный процесс (при его замедлении, как известно, увеличиваются потери на переключение). Во‑вторых, замедление скорости нарастания восходящего фронта управляющего MOSFET в синхронном понижающем преобразователе может стать причиной возникновения нежелательного сквозного тока между шинами питания, когда оба MOSFET одномоментно находятся во включенном состоянии. В‑третьих, если резистор затвора можно задействовать, только если MOSFET не встроен в преобразователь, то бутстрепный вывод доступен при использовании большинства понижающих регуляторов с собственными MOSFET, что повышает применимость этого метода для управляющих микросхем многих других типов.

Рис. 2. Резисторы на затворе уменьшают время нарастания и спада импульсов, тогда как резисторы RBOOT в бутстрепной цепи замедляют лишь нарастающий фронт

Выбор ферритовой бусины

Для рассматриваемого приложения предлагается демо-плата DC501A с синхронным понижающим контроллером LTC3703 Linear Technology. Упрощенная схема его использования показана на рис. 3а, а на рис. 3б — полная схема.

Рис. 3. а) В упрощенной схеме, используемой в демо-плате DC501, имеется элемент R2 для ограничения скорости нарастания фронта импульсов; б) полная схема

Измерение частоты звона

Рассмотрим схему преобразователя, в которой отсутствуют элементы, ограничивающие скорость нарастания фронта. Как видно из рисунка 3а, типовое значение входного напряжения этого преобразователя составляет 48 В, выходное — 12 В, а максимальный выходной ток — 6 А. Для захвата восходящего фронта сигнала коммутационного узла следует выбрать полную полосу пропускания осциллографа. Воспользуемся пробником с пружинными наконечниками, который поставляется вместе с вольтметровыми щупами для осциллографов, чтобы минимизировать поступление излучаемых помех в контуре, образованном наконечником и гибким заземляющим проводом. Для испытаний было выбрано приспособление с секцией из трех выводов, находящихся на расстоянии 2,54 мм друг от друга, с центральным усеченным выводом (рис. 4). Вместо отсутствующего или утерянного пружинного наконечника можно с успехом задействовать кусок неизолированного провода длиной 0,5–0,75 мм, обвитого вокруг корпуса пробника.

Рис. 4. Корректное измерение напряжения с малым уровнем шума. Желтым кружком обозначен вывод с входным напряжением, розовым — вывод с выходным напряжением, бирюзовым — коммутационный узел

На рис. 5 масштаб отображения сигнала выбран так, чтобы можно было легко измерить частоту звона. В данном случае она равна 150 МГц.

Рис. 5. Результаты измерения схемы без элементов управления скоростью нарастающего фронта показали, что период звона равен 6,64 нс, что соответствует частоте 150 МГц

Расчет или измерение среднего бутстрепного тока

Средний бутстрепный ток силового MOSFET верхнего плеча рассчитывается следующим образом:

В рассматриваемом примере преобразователь работает на частоте 260 кГц, а величина максимального заряда на затворе равна 41 нКл. Исходя из того, что длительность переднего фронта импульса при коммутации составляет 1% периода сигнала, для образования максимального заряда затвора 41 нКл средний ток во включенном состоянии MOSFET равен примерно 5,3 мА:

В сигнал бутстрепного тока также входят импульсные помехи, возникающие при переключении тока MOSFET величиной 1 А или больше. Поскольку их продолжительность не превышает 100 нс, а вклад в разогревание феррита минимальный, ими можно пренебречь.

Рис. 6. Звон схемы демо-платы DC501A в отсутствие схемы по управлению скоростью нарастания сигнала при: VIN = 48 В; VOUT = 12 В; IOUT = 6 A. Кан. 1 = VIN связан. по перем. току, кан. 2 — коммут. узел, кан. 3 = VOUT AC

Выбор феррита с максимальным сопротивлением на частоте звона

Ферритовые бусины для поверхностного монтажа серии WE-CBF от компании Würth Elektronik выпускаются с типоразмерами 0402–1812, а благодаря серийному производству у серии 0603 очень привлекательная цена. (Заметим, что в серии WE-TMSB имеются миниатюрные ферритовые бусины.) Несмотря на свои малые размеры, даже компоненты серии 0603 с максимальным сопротивлением при 150 МГц могут работать со средним током 50 мА и тем более с управляющим током 5 мА, как в рассматриваемом примере. На рис. 6–9 сравнивается работа исходной схемы без элемента управления скоростью нарастания фронта со стандартным резистором 16,2 Ом, с ферритовой бусиной 74279265 (типоразмер: 0603; ном. сопротивление: 600 Ом при 150 МГц), а затем с ферритовой бусиной 742792693 (типоразмер: 0603; ном. сопротивление: 2200 Ом при 100 МГц; на 150 МГц сопротивление равно примерно 1500 Ом).

Рис. 7. Звон схемы демо-платы DC501A при использовании толстопленочного резистора R2 величиной 16,2 Ом: VIN = 48 В; VOUT = 12 В; IOUT = 6 A. Кан. 1 = VIN связан. по перем. току; кан. 2 — коммут. узел; кан. 3 = VOUT AC

Рис. 8. Звон схемы демо-платы DC501A при использовании 600-Ом феррита 74279265 типоразмера 0603: VIN = 48 В; VOUT = 12 В; IOUT = 6 A. Кан. 1 = VIN связан. по перем. току; кан. 2 — коммут. узел; кан. 3 = VOUT AC

Рис. 9. Звон схемы демо-платы DC501A при использовании 2200-Ом феррита 74279263 типоразмера 0603: VIN = 48 В; VOUT = 12 В; IOUT = 6 A. Кан. 1 = VIN связан. по перем. току; кан. 2 — коммут. узел; кан. 3 = VOUT AC

Это устройство с максимальным сопротивлением на частоте звона позволяет наилучшим образом уменьшить не только амплитуду, но и продолжительность нежелательных колебаний (рис. 10), а его выбор не представляет особого труда и осуществляется с помощью соответствующих технических описаний.

Рис. 10. Сравнение напряжений коммутационного узла

На рис. 11 показаны типовые частотные характеристики реактивного сопротивления, активного сопротивления и импеданса ферритовых бусин 74279265 (600 Ом) и 742792693 (2200 Ом). На всякий случай напомним, что на количество тепла, образующегося за счет преобразования высокочастотного сигнала, влияет активное (омическое) сопротивление.

Рис. 11. Типовые частотные характеристики реактивного и активного сопротивлений, а также импеданса ферритовых бусин: а) 74279265 и б) 742792693

Потери мощности и ее рассеивание

При управлении крутизной сигнала достигается некий компромисс между уменьшением ЭМП и растущими потерями. Замедление скорости нарастания сигнала при переключении MOSFET может привести к перегреву этого ключа, снижению общей эффективности до неприемлемого уровня. В таблице 1 представлены значения входного тока и КПД рассматриваемой схемы без элемента управления крутизной сигнала, с подобранной величиной R2 = 16,2 Ом и с двумя ферритовыми бусинами.

Несмотря на то, что для повышения электромагнитной совместимости потребовалось немного уменьшить КПД, применение феррита с номинальным сопротивлением 2200 Ом имеет небольшое преимущество по эффективности ограничения скорости нарастания и уменьшения звона по сравнению с использованием резистора.

Рис. 12. Осциллограмма излучаемых ЭМП демо-платы DC501A без элемента управления крутизной сигнала: VIN = 48 В; VOUT = 12 В; нагрузка = 2 Ом

Анализ излучаемых помех

В этом разделе рассматривается соответствие излучаемых электромагнитных помех демо-платы DC501A стандарту EN55022 по ЭМС для ИТ-оборудования. На рис. 12–15 представлены частотные развертки излучаемых ЭМП демо-платы DC501A для рассматриваемых четырех случаев: без ограничивающего элемента, с ограничивающим элементом R2, а также с использованием двух ферритовых бусин с разными сопротивлениями. На рис. 16 сравниваются все указанные развертки, а в таблице 2 приводятся уровни излучаемых ЭМП в диапазоне 150 МГц в зависимости от используемых ограничивающих элементов.

Рис. 13. Частотная развертка излучаемых ЭМП демо-платы DC501A с R2 = 16,2 Ом: VIN = 48 В; VOUT = 12 В; нагрузка = 2 Ом

Рис. 14. Частотная развертка излучаемых ЭМП демо-платы DC501A с R2 = 600 Ом и ферритом 0603: VIN = 48 В; VOUT = 12 В; нагрузка = 2 Ом

Рис. 15. Частотная развертка излучаемых ЭМП демо-платы DC501A с R2 = 2200 Ом и ферритом 0603: VIN = 48 В; VOUT = 12 В; нагрузка = 2 Ом

Рис. 16. Сравнение разверток излучаемых ЭМП при использовании платы DC501A

В своей совокупности, развертки излучаемых ЭМП подтверждают данные, взятые из частотной области: правильно подобранный резистор, установленный последовательно положительному выводу питания бутстрепной схемы, уменьшает квазипиковые и усредненные уровни излучаемых помех примерно на 10 дБмкВ, а ферритовая бусина с максимальным сопротивлением на основной частоте шума работает не хуже, а часто и лучше этого резистора.

Управление включением и выключением в драйверах затвора в нижнем плече

Управление скоростью нарастания фронтов импульсов осуществляется и с помощью выводов затвора других импульсных преобразователей. При этом необходимо учитывать положение ограничивающего элемента относительно затворов MOSFET и IGBT. К другим топологиям с ключами в верхнем плече относятся однотактный прямоходовой полумостовой и мостовой преобразователи. При их использовании необходимо устанавливать элемент управления затвором последовательно выводу положительного питания драйвера затвора с плавающей землей. Однако в каждой из этих топологий применяется также, по крайней мере, один ключ нижнего плеча, а в повышающих, обратноходовых, прямоходовых и пушпульных преобразователях используются только ключи нижнего плеча. Как правило, нарастающий фронт сигналов требует управления, а продолжительность спадающего фронта должна быть как можно меньше. Относительно малое количество управляющих ИС оснащено специализированным выводом для управления положительным выводом источника питания их драйверов ключей нижнего уровня, тогда как в большинстве случаев наилучшим решением является установка небольшого диода Шоттки параллельно элементу управления крутизной импульсов. При этом оба подключаются к затвору, как видно из рис. 17.

Рис. 17. Антипараллельный диод Шоттки обеспечивает управление включением, не оказывая влияния на выключение в цепях управления затвором ключей в нижнем плече

Выводы

Ферритовые бусины, установленные последовательно бутстрепному выводу понижающего преобразователя, представляют собой эффективные компоненты по ограничению звона. Эти бусины ослабляют высокочастотный шум, не занимая большого места на печатных платах и не ухудшая эффективность решения. Их преимущества над резисторами заключаются в простоте выбора и малом времени тестирования. Несколько более высокая стоимость феррита 0603 по сравнению с толстопленочным резистором того же типоразмера компенсируется использованием более компактных, легких и недорогих фильтров на входах и выходах импульсных преобразователей. Снабберным схемам, установленным последовательно или параллельно коммутационным элементам, не приходится рассеивать достаточно большую мощность, что позволяет повысить эффективность, уменьшить рабочую температуру, стоимость решения и место, занимаемое на печатной плате.