開關穩壓器在重視低散熱和效率的領域取代線性穩壓器。開關穩壓器通常是輸入電源總線上的第一個有源元件,因此對整個轉換器電路的EMI性能有重大影響。
采用表面貼裝技術的現代輸入濾波器元件比通孔器件具有更好的性能。然而,開關穩壓器工作開關頻率的增加超過了這種改進。更高的效率、更低的最小導通和關斷時間由于開關轉換速度更快,導致更高的諧波含量。
開關頻率每增加一倍,當所有其他參數(如開關容量和轉換時間)保持不變時,EMI就會變差6dB。如果開關頻率增加20×,寬帶EMI的行為類似于一階高通,發射將高出10dB。
精明的PCB設計人員將使熱回路變小,并使用盡可能靠近有源層的屏蔽GND層;然而,引腳排列、封裝結構、熱設計要求和去耦元件中充分儲能所需的封裝尺寸決定了一定的最小熱回路尺寸。
為了使布局更具挑戰性,在典型的平面印刷電路板上,30MHz以上走線之間的磁性或變壓器式耦合將減少所有濾波器工作,因為諧波頻率越高,不需要的磁耦合就越有效。
久經考驗的解決方案是在整個電路中使用屏蔽盒。當然,這會增加成本,增加所需的電路板空間,使熱管理和測試更加困難,并引入額外的組裝成本。另一種常用方法是減慢開關邊沿的速度。這會產生降低效率、增加最小導通、關斷時間以及所需死區時間的不良影響,并損害潛在的電流控制環路速度。
LT8614 靜音開關穩壓器最大限度地降低了 EMI/EMC 輻射,同時在高達 3MHz 的頻率下提供了高效率
借助凌力爾特的新型LT8614靜音開關穩壓器,您無需使用屏蔽即可獲得屏蔽盒的效果,并消除了上述缺點。參見圖1。
LT8614 具有 LT861x 系列中僅 2.5μA 工作電流的世界級低 IQ。這是器件在穩壓、無負載時消耗的總電源電流。
它具有與該系列相同的超低壓差,僅受內部頂部開關的限制。與其他解決方案不同,LT8614 的 RDSON 不受最大占空比和最小關斷時間的限制。該器件在壓差時跳過其關斷周期,僅執行所需的最小關斷周期,以保持內部頂部開關升壓級電壓的維持,如圖6所示。
同時,最小工作輸入電壓典型值為 2.9V (最大值為 3.4V),該器件可在壓差器件的情況下提供 3.3V 電源軌。LT8614 在高電流條件下的效率高于 LT8610 / LT8611,因為其總開關電阻較低。它還可以同步至工作頻率范圍為 200kHz 至 3MHz 的外部頻率。
交流開關損耗低,因此可以在高開關頻率下工作,而不會造成太大的效率損失。在 EMI 敏感型應用中(如汽車環境),可以實現良好的平衡,LT8614 既可以在低于 AM 頻段以降低 EMI,也可以在高于 AM 頻段運行。在具有700kHz工作開關頻率的設置中,標準LT8614演示板不會超過CISPR25測量中的本底噪聲。
圖2的測量是在電波暗室中進行的,電波暗室為12V,輸出電壓為3.3V,電流為2A,固定開關頻率為700kHz。
為了將LT8614靜音開關穩壓器技術與當前最先進的開關穩壓器進行比較,該器件針對LT8610進行了測量。測試是在GTEM電池中進行的,在兩個器件的標準演示板上使用相同的負載、輸入電壓和相同的電感。
可以看出,與LT20已經非常好的EMI性能相比,使用LT8614靜音開關器技術可提高高達8610dB,特別是在更難以管理的更高頻率區域。這使得設計更簡單、更緊湊,與整體設計中的其他敏感系統相比,LT8614 開關電源需要更少的濾波和距離。
在時域中,LT8614在開關節點邊緣表現出非常良性的行為,如圖3所示。
即使在 4ns/格時,LT8614 靜音開關穩壓器也顯示出非常低的振鈴(參見圖 3)。LT8610具有良好的阻尼振鈴(圖3),但與LT8614相比,熱回路中存儲的能量更高。
圖4顯示了13.2V電壓下的開關節點。可以看到LT8614與理想方波的偏差極低。圖 3 至 5 中的所有時域測量均使用 500MHz 泰克 P6139A 探頭完成,探頭尖端屏蔽與 PCB GND 平面緊密連接,均在標準演示板上。
除了在汽車環境中具有42V絕對最大輸入電壓額定值外,壓差特性也非常重要。通常,關鍵的3.3V邏輯電源需要在冷啟動情況下得到支持。在這種情況下,LT8614 靜音開關穩壓器保持了 LT861x 系列接近理想性能。LT8610 / LT8611 / LT8614 器件在低至 3.4V 的電壓下工作,并在必要時盡快開始跳過周期,而不是替代器件的更高欠壓閉鎖電壓和最大占空比箝位,如圖 5 所示。這會產生理想的壓差行為,如圖6所示。
LT8614 的 30ns 低最小導通時間即使在高開關頻率下也能實現較大的降壓比。因此,它可以從高達 42V 的輸入提供單次降壓的邏輯內核電壓。
總之,LT8614 靜音開關穩壓器可將當前最先進的開關穩壓器的 EMI 降低 20dB 以上,同時提高了轉換效率,且沒有缺點。在 10MHz 以上的頻率范圍內,EMI 可提高 30×,而不會影響相同電路板面積內的最小導通和關斷時間或效率。這是在沒有特殊組件或屏蔽的情況下實現的,代表了開關穩壓器設計的重大突破。迄今為止,在單個IC中實現這種性能水平是不可能的。這只是一種突破性產品,允許終端系統設計人員將他們的產品提升到一個新的水平。
審核編輯:郭婷
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