圖1. 快速開關(guān)轉(zhuǎn)換引發(fā)干擾。
如何最小化 SEPIC 轉(zhuǎn)換器的輻射干擾?
發(fā)布時(shí)間:2021-04-21 來源:亞德諾半導(dǎo)體 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】用于電壓轉(zhuǎn)換的每個(gè)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)?,但也有一部分是輻射的。這些干擾主要是由快速開關(guān)的邊緣引起的。
用于電壓轉(zhuǎn)換的每個(gè)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)?,但也有一部分是輻射的。這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(shí)間特別短。圖1所示為大約 1納秒長的開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間?;A(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(gè)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(gè)示例進(jìn)行了計(jì)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(jì)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。
根據(jù) SEPIC 拓?fù)?,采用開關(guān)式穩(wěn)壓器的情況下,這個(gè)概念如何實(shí)施?SEPIC拓?fù)浞浅J軞g迎,因?yàn)檩斎腚妷嚎梢愿哂诨虻陀谳敵鲭妷骸R虼?,這相當(dāng)于升降壓拓?fù)洹D2顯示了這個(gè)拓?fù)?。除降壓拓?fù)渫?,還需采用第二電感和耦合電容。
圖2. 關(guān)鍵路徑(熱回路),含SEPIC轉(zhuǎn)換器。
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(gè)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(shí)導(dǎo)電?
在圖2中,所有用淺藍(lán)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(shí)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(shí)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(jì)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。
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