采用X2Y技術的DC－DC轉換器

許多OEM廠商都存在因DC-DC轉換器固有的內部開關模式產生的電磁兼容（EMC）問題。開關噪聲電壓需要在輸出時濾掉。傳統的幾個分散元件能夠提供足夠的濾波性能和在大批量生產時依然保持成本效益。過去幾年，一些發展趨勢增加了方案設計的復雜性。在要求電子產品尺寸更小化、速度更快化的推動作用下，并且要求更多的電路提供附加特性，導致要求更加嚴格的EMC以保持設計的完整性。


　　要求分散元件能夠提供更寬的濾波帶寬，保持成本效益，而且還能從整體上提供更小的系統封裝尺寸，這一要求引領了行業尋求新的解決方案。

　　目前，X2Y®技術作為替換5-7個分散器件的濾波器，使用于直流電機中。節省成本和增加寬帶濾波性能使得X2Y®技術作為直流電機行業技術標準。該項技術的下一步合理的發展將會是DC-DC轉換器應用中的濾波。因此本文提供了一個替代傳統DC-DC轉換器的濾波方式的另一種解決方案。

　　傳統濾波解決方案

　　一個DC-DC轉換器濾波解決方案是由電感和電容組成的LC濾波配置以形成輸出pi濾波器。圖1展示了一個產品如何推薦使用內部輸出電容以及外部電感和電容來組建pi濾波器。




　　圖 1.用于DC-DC轉換器濾波的典型pi濾波器

　　針對一項設計，選擇電感，最重要的是繞線尺寸能夠分擔負載電流和磁芯（通常由鐵氧體材料制作）不會飽和。取決不同應用直流電阻同樣要考慮。電感的局限性是鐵氧體材料吸收能量并且通過發熱來釋放能量，使得電感的性能隨溫度變化而變化。此外，鐵氧體材料頻率受限于最高為300~500MHz。

　　使用若干個分散元件同樣會引入阻抗匹配問題。對于陶瓷電容批量成產時為了富有成本效益，容許電容誤差。在批量生產時電感一般會有更大的誤差范圍。

　　當選擇輸出電容時，必須最小化等效串聯電阻（ESR）和等效串聯電感（ESL）。ESR的效用是和轉換器的內部輸出電阻一起變作電壓分配器，而且ESL會降低電容的工作頻率。使用若干并聯電容提供全局所需容量以助于減少ESR和ESL。

　　電容，像電感一樣，會隨溫度變化而變化。此外，老化會減少鋁質制或鉭質電容容量，從而導致差的可靠性。

　　X2Y®技術

　　X2Y®結構由一個普通的旁路電容和交互的參考極板組成，整個結構類似一個法拉第圍籠（圖2）。X2Y®元件組成一個4端結構。（注意：X2Y®元件的封裝類似表貼式穿心式電容的封裝，但是內部結構完全不同。）


　　圖 2. X2Y® 是一個標準的旁路電容和“準”法拉第圍籠.

　　平行參考結構將單端非平衡旁路電容轉變為對稱平衡的雙電容電路。相比普通濾波器和無源器件，X2Y®元件主要有5項優勢。

　　a. 接地（或參考）內置于元件中，長度為內部電介質相同。而普通器件，接地（或參考）在印制電路板（PCB）上是一條不同的印制線或者焊盤。

　　b. 獨特結構強制電流反向，讓X2Y®元件內部抵消互感，從而降低了內部互感，如圖3所示。

　　c. X2Y®元件有著公共底層，由尾端（A/B）或者旁端（G1/G2）測量得到的線對地的誤差典型值是1-2.5%或者更少。

　　d. X2Y®元件工作在旁路；因此其不受電流的限制且不增加直流電阻。

　　e. 增加X2Y®元件的封裝尺寸會降低平行結構的電感。這種現象剛好與普通電容相反。



　　圖 3. X2Y® 元件抵消互感來降低內部感抗和阻抗.

　實現X2Y®技術

　　使用X2Y®元件不需要大改設計。X2Y®元件表現出標準的表面封裝（0603，0805，1206，1210，1410，和1812）。圖4-6展示了3種如何使用和連結X2Y®元件配置。



　　圖 4. 使用帶X2Y®的電路1翻新當前設計




　　圖 5. 將采用X2Y®元件的電路1封裝到轉換器中是一種理想設計，因為這樣能減少寄生效應.


　　圖 6. 在電路1和電路2配置中都采用X2Y®作設計.

　　結論

　　X2Y®元件為現今DC-DC轉換器的寬帶濾波需求提供了一種富有成本效益的且設計改變最小的解決方案。此外，使用X2Y®元件減少了分散元件的數目，從而節省了寶貴的PCB空間。