2014 一月

移动电子设备的EMC元件

让ESR如鱼得水地运行

随着智能手机和平板电脑不断增加新的特和功能,电源效率已经成为设计的焦点。TDK新型的YNA系列噪音吸收体可以有效的抑制DC-DC转换器的噪音和去耦电路中的反共振,而不会降低电源的效率。

智能手机电源中的DC-DC转换器会产生高频EMI,这包括被称为电压振荡的噪音。噪音源于半导体元件如MOSFET的高速开关。为了抑制噪音并保护半导体元件,通常会并联一个RC缓冲电路至电源的输入级。由于标准的电容器通常经优化而具有较低的ESR值,将这些电容器用于EMI抑制时总是需要一个额外的电阻以保证足够的高阻抗水平来实现一个有效的共振电路。虽然传统的RC缓冲电路能够有效地抑制EMI及电压振荡,但其自身也会降低约4%的电源效率。由于这个原因,对于需要较长电池寿命的智能手机和其他移动设备来说,这种电路并不是的理想选择。

1:共振电路中电容器的阻抗

当电容器处于其自谐振频率(SFR)时,阻抗仅取决于电容器的ESR值。

YNA噪音吸收体可节省元件

因此,为了抑制噪音而不引起功率损耗,TDK研发了YNA噪音吸收体。得益于其较高的ESR值,这种积层EMC元件无需额外电阻便可抑制EMI及电压振荡。这样该产品便可替换DC-DC转换器输入级电容器(图2)。在RC缓冲电路中,在电容器自谐振频率阻抗会下降,这样便会出现电压振荡。当使用YNA系列噪音吸收体时,水平及垂直EMI辐射都可以有效衰减达3.5 dB(图3)。

2DC-DC转换器的基本电路图

TDK YNA系列噪音吸收体可以替换DC-DC转换器输入级的电容器。

3:在DC-DC转换器中的噪音抑制

当使用TKD YNA系列噪音吸收体时,水平及垂直EMI辐射都可以有效的衰减达3.5 dB

可选择ESR的创新式电极设计

YNA系列噪音吸收体提供了一种省空间,节能高效的解决方案。该积层元件采用三电极设计(图4),由两个接线电极和一个不连接至电路的外部电极组成(NC电极)。不过,第三个电极(NC电极)连接至内部电极上,通过变更内部电极的数目、组合及形式,可以更改元件的ESR值。

4TDK YNA系列噪音吸收体的电极形式

TDK YNA系列噪音吸收体采用两个接线电极和一个外部NC电极,其中的NC电极连接至内部电极而不是电路上。

在去耦电路中抑制反共振

YNA系列噪音吸收体除了能在DC-DC转换器中出色地抑制EMI和电压振荡外,还可以有效地抑制去耦电路中的反共振。因为单个的电容器并不能覆盖整个从低到高的频率范围,去耦电路中通常会组合多个容量不同的电容器,其目的在于在较宽的频带上实现较低的阻抗,这样便能够抑制电压波动的影响。

当两个电容器的自谐振频率不同时,并联共振会出现在其中一个电容器为感性,另一个电容器为容性的频率区域,导致出现较高的阻抗峰值和噪音电流(如图5所示),这种现象被称为反共振。这种现象的后果是电源电压突然变化,引发传输信号的抖动和延迟,从而会产生逻辑错误,最坏的情况是可能导致电源过电压,损坏半导体元件。

5TDK YNA系列产品可以在去耦电路中抑制反共振

在去耦电路中使用具有较低ESR值的标准MLCC(红色曲线)会导致阻抗峰值(反共振)的出现,引发电路故障。相比之下,TDK YNA系列噪音吸收体(蓝色曲线)以可选择的ESR值为特色,因此能够实现无反共振的稳定去耦。

由于YNA系列噪音吸收体提供了独立于封装大小、容量及额定电压的可选择ESR值,从而成为了反共振的一种有效的解决方案。此外,由于该元件制造的材料和工艺与标准的MLCC都相同,因此对于PCB布线的设计和布局并无特殊限制。

 

较大的ESR值选择范围

新型YNA系列噪音吸收体有三种封装尺寸(IEC 10051608 2012)。得益于YNA系列电容器值和ESR值较大的选择范围(见下表),其适合在智能手机、平板电脑和其它移动设备中抑制电源引发的振荡噪音,并能消除去耦电路中的反共振。因此YNA系列产品是一种高性能噪音吸收体,可提高电源质量而不会降低电源效率,还可减少使用的元件数量。

表格:TDK YNA系列噪音吸收体的关键数据

型号YNA15 YNA18 YNA21
封装尺寸[IEC]100516082012
占位面积[mm]

1.00 x 0.55 ±0.05

1.60 x 0.80 ±0.1

2.00 x 1.25 ±0.2

插入高度[mm]

 0.30 ±0.05

0.60 ±0.1

 0.85 ±0.1

额定电容器[µF] ±20%1110
ESR [mΩ]50 100050 120050 500
额定电压444
工作温度范围-55 +85-55 +85-55 +85

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