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同步開關(guān)穩(wěn)壓器電磁干擾的來源與對策
發(fā)布時間:2019-10-21 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】同步開關(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。但是相對于異步開關(guān)穩(wěn)壓器,同步開關(guān)穩(wěn)壓器可能會產(chǎn)生額外的電磁干擾。本文通過比較這兩種開關(guān)穩(wěn)壓器,闡明同步開關(guān)穩(wěn)壓器額外的電磁干擾產(chǎn)生的來源,以及如何使用肖特基二極管來減少此類電磁干擾。最后給出產(chǎn)品選型方面的小技巧。
同步開關(guān)穩(wěn)壓器VS異步開關(guān)穩(wěn)壓器
開關(guān)穩(wěn)壓器的工作原理是:通過重復(fù)切換開關(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。
而同步開關(guān)穩(wěn)壓器與異步開關(guān)穩(wěn)壓器之間的主要區(qū)別在于:同步開關(guān)穩(wěn)壓器使用晶體管S2來代替二極管D1。(如下圖電路所示)
圖1:同步開關(guān)穩(wěn)壓器與異步開關(guān)穩(wěn)壓器比較
通常來說, 晶體管開關(guān)承載電流時的壓降要比二極管更低。因此同步開關(guān)穩(wěn)壓器的能量損耗更小,效率更高。但是與異步開關(guān)穩(wěn)壓器相比,同步開關(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?
電磁干擾的來源與對策
同步開關(guān)穩(wěn)壓器有一個天生的缺陷,就是當(dāng)S1與S2同時導(dǎo)通時,會產(chǎn)生短路危險,這會損壞開關(guān)。所以必須確保兩個開關(guān)永遠(yuǎn)不會同時導(dǎo)通。為了個避免這種情況發(fā)生,會采取一些措施,而這些措施可能會帶來額外的電磁干擾。我們來梳理一下這個過程是如何發(fā)生的。
圖2:同步開關(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)
我們可以使用一個額外的肖特基二極管來減少此類電磁干擾。肖特基二極管的反向恢復(fù)時間非常短,甚至反向恢復(fù)時間為0。并且在死區(qū)時間開始時,能非??焖俚匚针娏?。這可減緩開關(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。
下圖是一個典型的降壓同步開關(guān)穩(wěn)壓電路(查看Scheme-it原理圖),其使用ADI ADP2443為同步開關(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/異步開關(guān)穩(wěn)壓器選型
異步開關(guān)穩(wěn)壓器是簡單且牢固的方式,而同步開關(guān)穩(wěn)壓器效率更高。如何在選型時區(qū)分這兩類穩(wěn)壓器呢?
Digi-Key官網(wǎng)上,開關(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”,對應(yīng)的就是同步開關(guān)穩(wěn)壓器。
圖4:Digi-Key同步/異步開關(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)計得非常緊湊,因?yàn)樗鼉H在死區(qū)時間內(nèi),短時間承載電流。
它的特點(diǎn)是:僅在死區(qū)時間承載電流,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)時間”欄。為了減少額外的電磁干擾,反向恢復(fù)時間越小越好。
圖5:Digi-Key肖特基二極管選擇選型
本文小結(jié)
同步開關(guān)穩(wěn)壓器效率高,在各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,但是與此同時它可能會伴有額外電磁干擾的產(chǎn)生。只有了解其中的原理,對癥下藥,才能花費(fèi)最小的成本,藥到病除。
來源:Digi-Key 作者:Alan Yang
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