安靜高效的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器在許多方面優(yōu)于線性穩(wěn)壓器，最顯著的是它們能夠在高功率轉(zhuǎn)換中實(shí)現(xiàn)高效率。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器在高功率轉(zhuǎn)換效率方面占據(jù)上風(fēng)。但是，它們也表現(xiàn)出一些弱點(diǎn)。許多應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器固有的干擾，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生傳導(dǎo)發(fā)射（通常是輸入側(cè)和輸出側(cè)）和輻射電磁干擾（EMI）。EMI會(huì)耦合到電路的信號(hào)關(guān)鍵部分，從而降低系統(tǒng)性能。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的這種干擾還可能導(dǎo)致無(wú)法符合給定的規(guī)范，例如，CISPR 22 輻射 B 類(lèi)限制，輻射發(fā)射在 30 MHz 和 450 MHz 之間。

圖1顯示了開(kāi)關(guān)模式電源開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上的理想波形。除了非隔離電源的實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率通常在500 kHz和3 MHz之間外，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換還會(huì)產(chǎn)生大約10 MHz和1 GHz之間的頻率，對(duì)應(yīng)于通常介于1 ns和100 ns之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間。

圖1.開(kāi)關(guān)模式電源產(chǎn)生的頻率和相關(guān)干擾。

通過(guò)延長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)間，可以減少快速開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的干擾。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中較慢的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換不僅會(huì)將干擾轉(zhuǎn)移到較低的頻率，還會(huì)降低其幅度。這是基于公式 V = L × di/dt。因此，如果流經(jīng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的一定電流開(kāi)關(guān)（上升和下降）非常迅速，則固定寄生電感會(huì)產(chǎn)生更高的電壓偏移。這也增加了干擾。

這種說(shuō)法可能會(huì)讓人認(rèn)為，最好使用緩慢的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。就造成的干擾而言，這絕對(duì)是正確的。遺憾的是，開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換緩慢會(huì)產(chǎn)生更高的開(kāi)關(guān)損耗。在過(guò)渡期間，開(kāi)關(guān)具有一定的電阻，既不完全打開(kāi)也不完全關(guān)閉。在此期間，開(kāi)關(guān)具有高電阻。這會(huì)產(chǎn)生功率損耗并降低開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的轉(zhuǎn)換效率。

傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)人員必須選擇具有高噪聲的高效率或產(chǎn)生較少干擾的低轉(zhuǎn)換效率。EMI可以通過(guò)增加濾波器和屏蔽來(lái)減輕，但這大大增加了制造的復(fù)雜性、尺寸和成本。

為了實(shí)現(xiàn)高效率、低EMI和緊湊的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)，ADI線性電源工程師?集團(tuán)開(kāi)發(fā)了靜音切換器技術(shù)。在靜音開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中，高di/dt電流環(huán)路被分成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)環(huán)路，產(chǎn)生兩個(gè)相互抵消的磁場(chǎng)，如圖2所示。這種噪聲抑制設(shè)計(jì)通?？蓪MI降低20 dB至40 dB。?

圖2.由于開(kāi)關(guān)電流的對(duì)稱(chēng)性而導(dǎo)致的磁場(chǎng)消除。

輸入電壓輸出電壓

圖2顯示了走線和開(kāi)關(guān)的對(duì)稱(chēng)布局。這將開(kāi)關(guān)電流分成兩條對(duì)稱(chēng)路徑。一條路徑生成一個(gè)強(qiáng)度相同但方向與第二條路徑相反的場(chǎng)。因此，這些干擾場(chǎng)在很大程度上相互抵消。

靜音切換器技術(shù)和新的靜音切換器2技術(shù)也支持高V電壓在到 V外高頻操作時(shí)的比率，同時(shí)保持低噪聲。這導(dǎo)致整體解決方案尺寸小得多。這些架構(gòu)使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器緊湊、安靜且高效。

審核編輯：郭婷