RMB | USD

只需一招,同步开关稳压器电磁干扰问题“药到病除”

同步开关稳压器由于效率高,在负载点(POL)电源领域广泛应用。但是相对于异步开关稳压器,同步开关稳压器可能会产生额外的电磁干扰。本文通过比较这两种开关稳压器,阐明同步开关稳压器额外的电磁干扰产生的来源,以及如何使用肖特基二极管来减少此类电磁干扰。最后给出产品选型方面的小技巧。

同步开关稳压器vs异步开关稳压器

开关稳压器的工作原理是:通过重复切换开关(如下图的S1、S2)的“通”和“断”状态,把DC输入电压转化成PWM波形,然后使用电感、电容等能量存贮部件使其平滑,以转换成所希望的DC输出电压。

而同步开关稳压器与异步开关稳压器之间的主要区别在于:同步开关稳压器使用晶体管S2来代替二极管D1。(如下图电路所示)

图1. 同步开关稳压器与异步开关稳压器比较

通常来说, 晶体管开关承载电流时的压降要比二极管更低。因此同步开关稳压器的能量损耗更小,效率更高。但是与异步开关稳压器相比,同步开关稳压器容易产生额外的电磁干扰。那么额外的电磁干扰是怎么产生的呢?

电磁干扰的来源与对策

同步开关稳压器有一个天生的缺陷,就是当S1与S2同时导通时,会产生短路危险,这会损坏开关。所以必须确保两个开关永远不会同时导通。为了个避免这种情况发生,会采取一些措施,而这些措施可能会带来额外的电磁干扰。我们来梳理一下这个过程是如何发生的。

图2. 同步开关稳压器电磁干扰产生的原因和解决方案

我们可以使用一个额外的肖特基二极管来减少此类电磁干扰。肖特基二极管的反向恢复时间非常短,甚至反向恢复时间为0。并且在死区时间开始时,能非常快速地吸收电流。这可减缓开关节点处的电压陡降,从而减少由于耦合效应而产生并分布到电路上的电磁干扰。

下图是一个典型的降压同步开关稳压电路(查看Sheme-it原理图),其使用ADI ADP2443为同步开关稳压芯片。采用N沟道MOSFET和额外的肖特基二极管,可最大限度地减少干扰。

图3. 肖特基二极管在同步开关稳压器中的应用

电路中关键元器件选型

  • 同步/异步开关稳压器选型

异步开关稳压器是简单且牢固的方式,而同步开关稳压器效率更高。如何在选型时区分这两类稳压器呢?

 

Digi-Key官网上,开关稳压器选型列表提供了许多可供选择的参数。在“同步整流器”栏中选择“是”,对应的就是同步开关稳压器。

图4. Digi-Key网站中同步/异步开关稳压器选型

  • 肖特基二极管选型

肖特基二极管可以设计得非常紧凑,因为它仅在死区时间内,短时间承载电流。

它的特点是:仅在死区时间承载电流,温升小、尺寸小、成本低、结构紧凑。

Digi-Key官网上,肖特基二极管选型列表中,提供“反向恢复时间”栏。为了减少额外的电磁干扰,反向恢复时间越小越好。

图5. Digi-Key网站中肖特基二极管选择选型

本文小结

同步开关稳压器效率高,在各个领域有着广泛的应用,但是与此同时它可能会伴有额外电磁干扰的产生。只有了解其中的原理,对症下药,才能花费最小的成本,药到病除。

更多有关电源的技术资料:

关于此作者

Image of Alan Yang

Alan Yang 是Digi-Key Electronics在上海的应用工程师,负责分享解决方案和业内技术,以协助客户进行项目设计。他拥有5年的仪器仪表行业电路设计方面的经验,擅长于小信号放大电路的设计开发。Alan毕业于上海理工大学。拥有两个学位,医学影像工程与工商管理。闲暇时,兴趣爱好广泛。喜欢旅行,话剧,阿卡贝拉。

More posts by Alan Yang