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同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電磁干擾的來(lái)源與對(duì)策

發(fā)布時(shí)間:2019-10-21 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器由于效率高,在負(fù)載點(diǎn)(POL)電源領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。但是相對(duì)于異步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可能會(huì)產(chǎn)生額外的電磁干擾。本文通過(guò)比較這兩種開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,闡明同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器額外的電磁干擾產(chǎn)生的來(lái)源,以及如何使用肖特基二極管來(lái)減少此類電磁干擾。最后給出產(chǎn)品選型方面的小技巧。
 
同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器VS異步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器
 
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理是:通過(guò)重復(fù)切換開(kāi)關(guān)(如下圖的S1、S2)的“通”和“斷”狀態(tài),把DC輸入電壓轉(zhuǎn)化成PWM波形,然后使用電感、電容等能量存貯部件使其平滑,以轉(zhuǎn)換成所希望的DC輸出電壓。
 
而同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器與異步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器之間的主要區(qū)別在于:同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器使用晶體管S2來(lái)代替二極管D1。(如下圖電路所示)
 
圖1:同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器與異步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器比較 
 
通常來(lái)說(shuō), 晶體管開(kāi)關(guān)承載電流時(shí)的壓降要比二極管更低。因此同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的能量損耗更小,效率更高。但是與異步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比,同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器容易產(chǎn)生額外的電磁干擾。那么額外的電磁干擾是怎么產(chǎn)生的呢?
 
電磁干擾的來(lái)源與對(duì)策
 
同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器有一個(gè)天生的缺陷,就是當(dāng)S1與S2同時(shí)導(dǎo)通時(shí),會(huì)產(chǎn)生短路危險(xiǎn),這會(huì)損壞開(kāi)關(guān)。所以必須確保兩個(gè)開(kāi)關(guān)永遠(yuǎn)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。為了個(gè)避免這種情況發(fā)生,會(huì)采取一些措施,而這些措施可能會(huì)帶來(lái)額外的電磁干擾。我們來(lái)梳理一下這個(gè)過(guò)程是如何發(fā)生的。
 
圖2:同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電磁干擾產(chǎn)生的原因和解決方案(點(diǎn)擊圖片放大,查看詳情)
 
我們可以使用一個(gè)額外的肖特基二極管來(lái)減少此類電磁干擾。肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間非常短,甚至反向恢復(fù)時(shí)間為0。并且在死區(qū)時(shí)間開(kāi)始時(shí),能非??焖俚匚针娏鳌_@可減緩開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處的電壓陡降,從而減少由于耦合效應(yīng)而產(chǎn)生并分布到電路上的電磁干擾。
 
下圖是一個(gè)典型的降壓同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路(查看Scheme-it原理圖),其使用ADI ADP2443為同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓芯片。采用N溝道MOSFET和額外的肖特基二極管,可最大限度地減少干擾。
 
圖3:肖特基二極管在同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中的應(yīng)用
 
電路中關(guān)鍵元器件選型
 
同步/異步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器選型 
 
異步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是簡(jiǎn)單且牢固的方式,而同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器效率更高。如何在選型時(shí)區(qū)分這兩類穩(wěn)壓器呢?
 
Digi-Key官網(wǎng)上,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器選型列表中,提供了許多可供選擇的參數(shù)。在“同步整流器”欄中選擇“是”,對(duì)應(yīng)的就是同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。
 
圖4:Digi-Key同步/異步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器選型
 
肖特基二極管選型
 
肖特基二極管可以設(shè)計(jì)得非常緊湊,因?yàn)樗鼉H在死區(qū)時(shí)間內(nèi),短時(shí)間承載電流。
 
它的特點(diǎn)是:僅在死區(qū)時(shí)間承載電流,溫升小、尺寸小、成本低、結(jié)構(gòu)緊湊。
 
Digi-Key官網(wǎng)上,肖特基二極管選型列表中,提供“反向恢復(fù)時(shí)間”欄。為了減少額外的電磁干擾,反向恢復(fù)時(shí)間越小越好。
 
圖5:Digi-Key肖特基二極管選擇選型
 
本文小結(jié) 
 
同步開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器效率高,在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,但是與此同時(shí)它可能會(huì)伴有額外電磁干擾的產(chǎn)生。只有了解其中的原理,對(duì)癥下藥,才能花費(fèi)最小的成本,藥到病除。
 
來(lái)源:Digi-Key  作者:Alan Yang 
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