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通過LT8614靜音開關穩(wěn)壓器降低設計電路的EMI并提高效率

電子設計 ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設計 ? 2019-04-12 08:15 ? 次閱讀
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開關穩(wěn)壓器取代了低散熱和低效率的區(qū)域中的線性穩(wěn)壓器。開關穩(wěn)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。

表面貼裝技術中的現代輸入濾波器元件具有更好的性能比通孔部分。然而,這種改進超過了開關穩(wěn)壓器的工作開關頻率的增加。更高的效率,更低的最小開關時間導致更高的諧波含量,因為更快的開關轉換。

開關頻率每增加一倍,當所有其他參數(如開關容量)下EMI降低6dB和過渡時間,保持不變。如果開關頻率增加10倍,則寬帶EMI表現為一階高通,發(fā)射頻率高20dB。

精明的PCB設計人員將使熱回路變小,并使用屏蔽GND層盡可能靠近有源層??赡?然而,在去耦元件中需要足夠的儲能所需的引腳排列,封裝結構,熱設計要求和封裝尺寸決定了一定的最小熱環(huán)尺寸。

為了使布局更具挑戰(zhàn)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的工作量,因為諧波頻率越高,不需要的磁耦合就越有效。

經過驗證的真正解決方案是使用屏蔽盒完整的電路。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。另一種常用的方法是減慢切換邊緣。這會產生不希望的效果,即降低效率,增加最小開啟,關閉時間以及所需的死區(qū)時間,并降低潛在的電流控制回路速度。

通過LT8614靜音開關穩(wěn)壓器降低設計電路的EMI并提高效率

LT8614靜音開關可最大限度地降低EMI / EMC輻射,同時在高達3MHz的頻率下實現高效率

使用凌力爾特新推出的LT8614靜音切換器調節(jié)器,您可以在不使用屏蔽的情況下使用屏蔽盒,并消除上述缺點。參見圖1.

通過LT8614靜音開關穩(wěn)壓器降低設計電路的EMI并提高效率

LT8614具有LT861x系列的世界級低IQ,工作電流僅為2.5μA。這是器件在無負載情況下所消耗的總電源電流。

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。與替代解決方案不同,LT8614的RDSON不受最大占空比和最小關斷時間的限制。該器件在壓降時跳過其關斷周期,僅執(zhí)行所需的最小關斷周期,以保持內部頂部開關升壓級電壓持續(xù),如圖6所示。

同時,最小工作時間輸入電壓典型值為2.9V(最大值為3.4V),器件可以提供3.3V電壓軌,器件處于壓差狀態(tài)。由于LT8614的總開關電阻較低,因此在高電流時LT8614的效率高于LT8610 / LT8611。它還可以與200kHz至3MHz的外部頻率同步。

交流開關損耗很低,因此可以在高開關頻率下工作,而不會造成很大的效率損失。在汽車環(huán)境等EMI敏感應用中,可以實現良好的平衡,LT8614可以低于AM頻段運行,甚至可以降低EMI,也可以高于AM頻段。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3.3V的3.3V電壓消聲室中進行的。固定開關頻率為700kHz。

通過LT8614靜音開關穩(wěn)壓器降低設計電路的EMI并提高效率

為了將LT8614 Silent Switcher技術與當前最先進的開關穩(wěn)壓器進行比較,該部件是針對LT8610進行測量的。測試在GTEM單元中進行,使用相同的負載,輸入電壓和標準演示板上的相同電感器

可以看出使用LT8614 Silent進行了高達20dB的改進Switcher技術與LT8610已經非常出色的EMI性能相比,特別是在更難以管理的更高頻率區(qū)域。與整體設計中的其他敏感系統(tǒng)相比,LT8614開關電源需要更少的濾波和距離,從而實現更簡單,更緊湊的設計。

在時域中,LT8614在交換節(jié)點上表現出非常良性的行為邊緣,如圖3所示。

即使在4ns / div時,LT8614 Silent Switcher調節(jié)器也顯示出非常低的振鈴(見圖3)。 LT8610具有良好的阻尼振鈴(圖3),但與LT8614相比,可以看到熱回路中存儲的能量更高。

圖4顯示了13.2V輸入的開關節(jié)點??梢钥吹脚cLT8614理想方波的偏差極小。圖3至圖5中的所有時域測量都是使用500MHz Tektronix P6139A探頭完成的,探頭尖端屏蔽連接到PCB GND平面,兩者都在標準演示板上。

通過LT8614靜音開關穩(wěn)壓器降低設計電路的EMI并提高效率

通過LT8614靜音開關穩(wěn)壓器降低設計電路的EMI并提高效率

除了汽車環(huán)境中42V絕對最大輸入電壓額定值外,輟學行為也非常重要。通常需要通過冷啟動情況支持關鍵的3.3V邏輯電源。在這種情況下,LT8614靜音開關穩(wěn)壓器可保持LT861x系列接近理想的性能。 LT8610 / LT8611 / LT8614器件不需要更高的欠壓鎖定電壓和替代器件的最大占空比鉗位,而是在低至3.4V時工作,并在必要時立即開始跳過周期,如圖5所示。這導致理想的壓降行為,如圖6所示。

通過LT8614靜音開關穩(wěn)壓器降低設計電路的EMI并提高效率

通過LT8614靜音開關穩(wěn)壓器降低設計電路的EMI并提高效率

LT8614的最小導通時間為30ns,即使在高開關頻率下也能實現大的降壓比。因此,它可以提供邏輯核心電壓,從輸入電壓降至42V。

總之,LT8614靜音開關穩(wěn)壓器可降低當前最先進開關穩(wěn)壓器的EMI超過20dB,同時提高轉換效率,沒有任何缺點。在30MHz以上的頻率范圍內,可以實現10倍的EMI改善,而不會影響同一電路板區(qū)域的最小開關時間或效率。這是在沒有特殊元件或屏蔽的情況下實現的,代表了開關穩(wěn)壓器設計的重大突破。直到現在,單個IC中的這種性能水平還不可能實現。這只是一種突破性的產品,它允許終端系統(tǒng)設計師將他們的產品提升到一個新的水平。

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