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如何消除開關調節(jié)器的電磁干擾

出處:電子元件技術 發(fā)布于:2019-11-13 14:13:15

開關調節(jié)器中的快速開關瞬變是有利的,因為這顯著降低了開關模式電源中的開關損耗。尤其是在高開關頻率時,可以大幅提高開關調節(jié)器的效率。但是,快速開關轉換也會帶來一些負面影響。開關轉換頻率在20MHz和200MHz之間時,干擾會急劇增加。這就使得開關模式電源開發(fā)人員必須在高頻率范圍內,在高效率和低干擾之間找到良好的折衷方案。此外,ADI提出了創(chuàng)新的Silent Switcher?技術,即使是極快的開關邊沿,也可能產(chǎn)生電磁輻射。
 

  【圖1. 對開關模式電源進行開關轉換,在開關節(jié)點處施加輸入電壓?!?br />   圖1顯示了快速和慢速開關轉換。快速開關轉換會給鄰近電路段產(chǎn)生更強的干擾耦合。存在電壓突變的PCB走線可與具有高阻抗的鄰近走線產(chǎn)生容性耦合。存在電流突變的PCB走線可與鄰近走線產(chǎn)生電感耦合。通過減慢開關轉換,可將這些影響降至。圖2顯示了一種經(jīng)驗證適用于異步開關調節(jié)器的技術。此處,兩個開關中的一個使用了肖特基二極管。將電阻與自舉電容CBOOT(提供高邊n溝道MOSFET的柵極電壓)串聯(lián),可減慢開關的開關轉換。當無法直接調整功率MOSFET的柵極信號線時,此技巧可用于集成開關調節(jié)器。如果將開關控制器與外部MOSFET配合使用,也可將電阻插入柵極驅動走線中。電阻值通常小于100Q。
 

  【圖2. 使用自舉電阻減慢異步降壓轉換器中的開關轉換?!?br />   但是,大多數(shù)現(xiàn)代開關調節(jié)器都是具有高邊和低邊有源開關的同步開關調節(jié)器。此處,在CBOOT路徑中使用電阻無法明顯減慢開關轉換。如果此處還是使用與CBOOT串聯(lián)的電阻(如圖3所示),則也將減慢高邊開關的開關轉換。但是,這可能導致低邊開關沒有完全關閉。因此,高邊開關和低邊開關可能同時瞬間打開。這將導致輸入電壓到接地之間出現(xiàn)破壞性短路。這一點尤為關鍵,因為開關轉換速度也受到工作溫度等參數(shù)和半導體制造中的可變性的影響。因此,即使是在實驗室測試,也無法保證安全操作。要減慢具有集成開關的同步開關調節(jié)器的開關轉換,應使用可通過內部電路直接設置開關轉換速度的同步開關調節(jié)器,例如ADI的ADP5014。在這些集成電路中,可在內部確保:在減慢開關轉換時,兩個開關不同時導通,因此也不會發(fā)生短路,并且在CBOOT路徑中都沒有電阻。
    關于快速開關轉換,近年來有一個非常重要的創(chuàng)新不容忽視。ADI的Silent Switcher技術使快速開關邊沿的電磁輻射大幅降低,高達40dB(10,000倍)。因此??砷_發(fā)出具有超快邊沿且僅有EMC問題的開關模式電源。在大多數(shù)情況下,Silent Switcher器件無需為了減少EMI而降低開關轉換速度。通過Silent Switcher技術,在很大程度上消除了在轉換效率和電磁干擾之間進行權衡的難題。

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