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作者：Frederik Dostal ADI公司 用于電壓轉換的每個(gè)開(kāi)關(guān)模式穩壓器都會(huì )引起干擾。在電壓轉換器的輸入端和輸出端，有一部分是通過(guò)線(xiàn)傳輸的，但也有一部分是輻射的。這些干擾主要是由快速開(kāi)關(guān)的邊緣引起的。對于現代開(kāi)關(guān)模式穩壓器，它們只有幾納秒長(cháng)。采用新開(kāi)關(guān)技術(shù)（例如SiC或GaN）之后，這些開(kāi)關(guān)轉換的時(shí)間特別短。圖1所示為大約1納秒長(cháng)的開(kāi)關(guān)轉換時(shí)間�；A頻率不能與降壓型穩壓器的開(kāi)關(guān)頻率混淆。但是，有一些方法可以克服干擾問(wèn)題。如圖1所示，應該盡可能快地開(kāi)關(guān)邊緣，以便盡可能減少開(kāi)關(guān)損失。 
圖1.快速開(kāi)關(guān)轉換引發(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(kāi)關(guān)模式穩壓器的熱回路必須盡可能小—也就是說(shuō)，寄生電感越小越好。為了說(shuō)明快速開(kāi)關(guān)電流產(chǎn)生的影響，我們針對一個(gè)示例進(jìn)行了計算。如果在一納秒內開(kāi)關(guān)1 A電流，且該電流路徑中存在20 nH的寄生電感，則會(huì )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(kāi)關(guān)模式穩壓器要求輸入電容盡可能靠近高側開(kāi)關(guān)以及低側開(kāi)關(guān)的接地連接。對于單片同步降壓型開(kāi)關(guān)穩壓器，這相當于輸入電容與降壓穩壓器集成電路的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(huì )盡可能低。
圖2.關(guān)鍵路徑（熱回路），含SEPIC轉換器。 根據SEPIC拓撲，采用開(kāi)關(guān)式穩壓器的情況下，這個(gè)概念如何實(shí)施？SEPIC拓撲非常受歡迎，因為輸入電壓可以高于或低于輸出電壓。因此，這相當于升降壓拓撲。圖2顯示了這個(gè)拓撲。除降壓拓撲外，還需采用第二電感和耦合電容。 由于SEPIC轉換器也是一種開(kāi)關(guān)模式穩壓器，所以這種拓撲中也會(huì )出現相同的快速開(kāi)關(guān)電流（與降壓轉換器類(lèi)似）。為了盡量減少產(chǎn)生干擾，這些熱回路電流路徑應該盡可能短。出于這個(gè)目的，必須考慮降壓穩壓器的每條路徑。導體是連續導電，還是只在通電或斷電時(shí)導電？在圖2中，所有用淺藍色線(xiàn)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，構建時(shí)需保證電感盡可能低。不可在這些路徑中插入過(guò)孔或不必要的長(cháng)連接線(xiàn)纜。 SEPIC開(kāi)關(guān)模式穩壓器也具備關(guān)鍵的熱回路，這對于實(shí)現低電磁干擾行為是必不可少的。如果這些熱回路設計巧妙，寄生電感很低，那么只會(huì )產(chǎn)生很小的電壓偏移，從而減少輻射干擾。在SEPIC開(kāi)關(guān)模式穩壓器中，并非如降壓型穩壓器一樣，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(jiǎn)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(zhuān)業(yè)。他于2001年開(kāi)始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔任各種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開(kāi)關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，現擔任位于德國慕尼黑的ADI公司的電源管理現場(chǎng)應用工程師。聯(lián)系方式：frederik.dostal@analog.com。 |
