采用X2Y技术的DC-DC转换器

许多OEM厂商都存在因DC-DC转换器固有的内部开关模式产生的电磁兼容（EMC）问题。开关噪声电压需要在输出时滤掉。传统的几个分散元件能够提供足够的滤波性能和在大批量生产时依然保持成本效益。过去几年，一些发展趋势增加了方案设计的复杂性。在要求电子产品尺寸更小化、速度更快化的推动作用下，并且要求更多的电路提供附加特性，导致要求更加严格的EMC以保持设计的完整性。


要求分散元件能够提供更宽的滤波带宽，保持成本效益，而且还能从整体上提供更小的系统封装尺寸，这一要求引领了行业寻求新的解决方案。

目前，X2Y®技术作为替换5-7个分散器件的滤波器，使用于直流电机中。节省成本和增加宽带滤波性能使得X2Y®技术作为直流电机行业技术标准。该项技术的下一步合理的发展将会是DC-DC转换器应用中的滤波。因此本文提供了一个替代传统DC-DC转换器的滤波方式的另一种解决方案。

传统滤波解决方案

一个DC-DC转换器滤波解决方案是由电感和电容组成的LC滤波配置以形成输出pi滤波器。图1展示了一个产品如何推荐使用内部输出电容以及外部电感和电容来组建pi滤波器。

图 1.用于DC-DC转换器滤波的典型pi滤波器

针对一项设计，选择电感，最重要的是绕线尺寸能够分担负载电流和磁芯（通常由铁氧体材料制作）不会饱和。取决不同应用直流电阻同样要考虑。电感的局限性是铁氧体材料吸收能量并且通过发热来释放能量，使得电感的性能随温度变化而变化。此外，铁氧体材料频率受限于最高为300~500MHz。

使用若干个分散元件同样会引入阻抗匹配问题。对于陶瓷电容批量成产时为了富有成本效益，容许电容误差。在批量生产时电感一般会有更大的误差范围。

当选择输出电容时，必须最小化等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）。ESR的效用是和转换器的内部输出电阻一起变作电压分配器，而且ESL会降低电容的工作频率。使用若干并联电容提供全局所需容量以助于减少ESR和ESL。

电容，像电感一样，会随温度变化而变化。此外，老化会减少铝质制或钽质电容容量，从而导致差的可靠性。

X2Y®技术

X2Y®结构由一个普通的旁路电容和交互的参考极板组成，整个结构类似一个法拉第围笼（图2）。X2Y®元件组成一个4端结构。（注意：X2Y®元件的封装类似表贴式穿心式电容的封装，但是内部结构完全不同。）

图 2. X2Y® 是一个标准的旁路电容和“准”法拉第围笼.

平行参考结构将单端非平衡旁路电容转变为对称平衡的双电容电路。相比普通滤波器和无源器件，X2Y®元件主要有5项优势。

a. 接地（或参考）内置于元件中，长度为内部电介质相同。而普通器件，接地（或参考）在印制电路板（PCB）上是一条不同的印制线或者焊盘。

b. 独特结构强制电流反向，让X2Y®元件内部抵消互感，从而降低了内部互感，如图3所示。

c. X2Y®元件有着公共底层，由尾端（A/B）或者旁端（G1/G2）测量得到的线对地的误差典型值是1-2.5%或者更少。

d. X2Y®元件工作在旁路；因此其不受电流的限制且不增加直流电阻。

e. 增加X2Y®元件的封装尺寸会降低平行结构的电感。这种现象刚好与普通电容相反。

图 3. X2Y® 元件抵消互感来降低内部感抗和阻抗.

实现X2Y®技术

使用X2Y®元件不需要大改设计。X2Y®元件表现出标准的表面封装（0603，0805，1206，1210，1410，和1812）。图4-6展示了3种如何使用和连结X2Y®元件配置。

图 4. 使用带X2Y®的电路1翻新当前设计

图 5. 将采用X2Y®元件的电路1封装到转换器中是一种理想设计，因为这样能减少寄生效应.

图 6. 在电路1和电路2配置中都采用X2Y®作设计.

结论

X2Y®元件为现今DC-DC转换器的宽带滤波需求提供了一种富有成本效益的且设计改变最小的解决方案。此外，使用X2Y®元件减少了分散元件的数目，从而节省了宝贵的PCB空间。