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        同步開關穩壓器電磁干擾的來源與對策

        發布時間:2019-10-21 責任編輯:xueqi

        【導讀】同步開關穩壓器由于效率高,在負載點(POL)電源領域廣泛應用。但是相對于異步開關穩壓器,同步開關穩壓器可能會產生額外的電磁干擾。本文通過比較這兩種開關穩壓器,闡明同步開關穩壓器額外的電磁干擾產生的來源,以及如何使用肖特基二極管來減少此類電磁干擾。最后給出產品選型方面的小技巧。
         
        同步開關穩壓器VS異步開關穩壓器
         
        開關穩壓器的工作原理是:通過重復切換開關(如下圖的S1、S2)的“通”和“斷”狀態,把DC輸入電壓轉化成PWM波形,然后使用電感、電容等能量存貯部件使其平滑,以轉換成所希望的DC輸出電壓。
         
        而同步開關穩壓器與異步開關穩壓器之間的主要區別在于:同步開關穩壓器使用晶體管S2來代替二極管D1。(如下圖電路所示)
         
        圖1:同步開關穩壓器與異步開關穩壓器比較 
         
        通常來說, 晶體管開關承載電流時的壓降要比二極管更低。因此同步開關穩壓器的能量損耗更小,效率更高。但是與異步開關穩壓器相比,同步開關穩壓器容易產生額外的電磁干擾。那么額外的電磁干擾是怎么產生的呢?
         
        電磁干擾的來源與對策
         
        同步開關穩壓器有一個天生的缺陷,就是當S1與S2同時導通時,會產生短路危險,這會損壞開關。所以必須確保兩個開關永遠不會同時導通。為了個避免這種情況發生,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生的。
         
        圖2:同步開關穩壓器電磁干擾產生的原因和解決方案(點擊圖片放大,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時間非常短,甚至反向恢復時間為0。并且在死區時間開始時,能非常快速地吸收電流。這可減緩開關節點處的電壓陡降,從而減少由于耦合效應而產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穩壓電路(查看Scheme-it原理圖),其使用ADI ADP2443為同步開關穩壓芯片。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穩壓器中的應用
         
        電路中關鍵元器件選型
         
        同步/異步開關穩壓器選型 
         
        異步開關穩壓器是簡單且牢固的方式,而同步開關穩壓器效率更高。如何在選型時區分這兩類穩壓器呢?
         
        Digi-Key官網上,開關穩壓器選型列表中,提供了許多可供選擇的參數。在“同步整流器”欄中選擇“是”,對應的就是同步開關穩壓器。
         
        圖4:Digi-Key同步/異步開關穩壓器選型
         
        肖特基二極管選型
         
        肖特基二極管可以設計得非常緊湊,因為它僅在死區時間內,短時間承載電流。
         
        它的特點是:僅在死區時間承載電流,溫升小、尺寸小、成本低、結構緊湊。
         
        Digi-Key官網上,肖特基二極管選型列表中,提供“反向恢復時間”欄。為了減少額外的電磁干擾,反向恢復時間越小越好。
         
        圖5:Digi-Key肖特基二極管選擇選型
         
        本文小結 
         
        同步開關穩壓器效率高,在各個領域有著廣泛的應用,但是與此同時它可能會伴有額外電磁干擾的產生。只有了解其中的原理,對癥下藥,才能花費最小的成本,藥到病除。
         
        來源:Digi-Key  作者:Alan Yang 
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