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作者：Frederik Dostal ADI公司 用于電壓轉(zhuǎn)換的每個開關(guān)模式穩(wěn)壓器都會引起干擾。在電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端和輸出端，有一部分是通過線傳輸?shù)模灿幸徊糠质禽椛涞摹＿@些干擾主要是由快速開關(guān)的邊緣引起的。對于現(xiàn)代開關(guān)模式穩(wěn)壓器，它們只有幾納秒長。采用新開關(guān)技術(shù)（例如SiC或GaN）之后，這些開關(guān)轉(zhuǎn)換的時間特別短。圖1所示為大約1納秒長的開關(guān)轉(zhuǎn)換時間。基礎(chǔ)頻率不能與降壓型穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率混淆。但是，有一些方法可以克服干擾問題。如圖1所示，應(yīng)該盡可能快地開關(guān)邊緣，以便盡可能減少開關(guān)損失。 
圖1.快速開關(guān)轉(zhuǎn)換引發(fā)干擾。 為了創(chuàng)建一個輻射干擾盡可能低的優(yōu)化電路板布局，開關(guān)模式穩(wěn)壓器的熱回路必須盡可能小—也就是說，寄生電感越小越好。為了說明快速開關(guān)電流產(chǎn)生的影響，我們針對一個示例進行了計算。如果在一納秒內(nèi)開關(guān)1 A電流，且該電流路徑中存在20 nH的寄生電感，則會產(chǎn)生20 V電壓偏移。計算公式如下：
產(chǎn)生的干擾(EMI)是由熱回路中20 nH寄生電感導(dǎo)致的20 V電壓偏移引起的。為了盡可能減少這種干擾，必須讓寄生電感盡可能最小。 降壓型開關(guān)模式穩(wěn)壓器要求輸入電容盡可能靠近高側(cè)開關(guān)以及低側(cè)開關(guān)的接地連接。對于單片同步降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，這相當(dāng)于輸入電容與降壓穩(wěn)壓器集成電路的VIN和GND連接。如果這些連接的電感盡可能低，產(chǎn)生的電壓偏移和電磁干擾就會盡可能低。
圖2.關(guān)鍵路徑（熱回路），含SEPIC轉(zhuǎn)換器。 根據(jù)SEPIC拓?fù)洌捎瞄_關(guān)式穩(wěn)壓器的情況下，這個概念如何實施？SEPIC拓?fù)浞浅Ｊ軞g迎，因為輸入電壓可以高于或低于輸出電壓。因此，這相當(dāng)于升降壓拓?fù)洹D2顯示了這個拓?fù)洹３祲和負(fù)渫猓�需采用第二電感和耦合電容。 由于SEPIC轉(zhuǎn)換器也是一種開關(guān)模式穩(wěn)壓器，所以這種拓?fù)渲幸矔霈F(xiàn)相同的快速開關(guān)電流（與降壓轉(zhuǎn)換器類似）。為了盡量減少產(chǎn)生干擾，這些熱回路電流路徑應(yīng)該盡可能短。出于這個目的，必須考慮降壓穩(wěn)壓器的每條路徑。導(dǎo)體是連續(xù)導(dǎo)電，還是只在通電或斷電時導(dǎo)電？在圖2中，所有用淺藍色線路的電流隨快速切換而變化。因此，這些路徑是關(guān)鍵的熱循環(huán)路徑，構(gòu)建時需保證電感盡可能低。不可在這些路徑中插入過孔或不必要的長連接線纜。 SEPIC開關(guān)模式穩(wěn)壓器也具備關(guān)鍵的熱回路，這對于實現(xiàn)低電磁干擾行為是必不可少的。如果這些熱回路設(shè)計巧妙，寄生電感很低，那么只會產(chǎn)生很小的電壓偏移，從而減少輻射干擾。在SEPIC開關(guān)模式穩(wěn)壓器中，并非如降壓型穩(wěn)壓器一樣，關(guān)鍵的是輸入電容，而是本文中描述的電流路徑，如圖2所示。 作者簡介 Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔(dān)任各種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負(fù)責(zé)開關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，現(xiàn)擔(dān)任位于德國慕尼黑的ADI公司的電源管理現(xiàn)場應(yīng)用工程師。聯(lián)系方式：frederik.dostal@analog.com。 |
