有效減輕開關(guān)應(yīng)用中的瞬變和EMI噪聲，你學(xué)會了嗎

設(shè)計電源是一件復(fù)雜的事情。如今，電能的來源多種多樣，我們也越來越不能忽視對這些寶貴能源進(jìn)行有效的管理。線路供電、太陽能供電、電池供電、以太網(wǎng)供電以及能量收集技術(shù)，都是我們可以利用的電能來源。

受電負(fù)載不僅提出了必要的電壓和電流標(biāo)準(zhǔn)，其所采用的半導(dǎo)體也變得越來越敏感，為此電源就要滿足特定的規(guī)格，其要求不僅限于嚴(yán)格的紋波容限，還需要能夠減輕大幅度迅速變化的負(fù)載條件導(dǎo)致的影響，同時又不在電源軌上引入瞬變并產(chǎn)生過多的 EMI。例如，機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的許多計算密集型應(yīng)用中使用的 FPGA 的電流可以在幾微秒內(nèi)從幾安培升至 50A 以上。

減輕瞬變和 EMI 的技術(shù)

產(chǎn)生瞬變的原因是多種多樣的。如上所述，高性能可編程邏輯和處理器會給電源帶來明顯的負(fù)載波動，同時電源本身也可能會產(chǎn)生瞬變。工業(yè)電機控制是瞬態(tài)噪聲的另一種常見來源，高頻、大電流 dv/dt 開關(guān)技術(shù)會導(dǎo)致較大的瞬態(tài)。除非濾波器和無源組件的組合可以降低瞬態(tài)幅度，否則它們可能會對高側(cè)和低側(cè) H 橋驅(qū)動晶體管造成永久性損害。除電壓尖峰外，瞬變還是電磁干擾 (EMI) 的罪魁禍?zhǔn)字弧４送猓瑥V為采用的高效 AC/DC 與 DC/DC 電源開關(guān)拓?fù)洌ɡ缃祲?/ 升壓）也會在電源軌上產(chǎn)生 EMI。根據(jù)導(dǎo)線長度的不同，EMI 可能會輻射出來，進(jìn)而干擾終端系統(tǒng)和附近其他設(shè)備的運行。雖然采用常規(guī)的無源組件濾波和箔屏蔽技術(shù)就可以在很大程度上消除感應(yīng)噪聲和輻射噪聲，但這對某些應(yīng)用而言還不夠，因為這些應(yīng)用要求本底噪聲必須降到極低的水平。對于開關(guān)轉(zhuǎn)換器，要滿足小型化的趨勢，減小電感器和無源元件的物理尺寸是唯一可行的做法，但這樣就必須提高開關(guān)頻率?，F(xiàn)在，開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器的工作頻率可從數(shù)百 kHz 直到數(shù)十 MHz，覆蓋了 AM 廣播無線電的部分頻譜。為了應(yīng)對這些 EMI 挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)換器制造商，特別是汽車信息娛樂系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器制造商，正通過實施擴頻技術(shù)來控制開關(guān)頻率，Texas Instruments TPS6281x-Q1 就是這類器件的一個例子。TPS62810 是 AEC-Q100 汽車級部件，其默認(rèn)開關(guān)頻率為 2.25MHz，并且能夠配置為在 1.8MHz 至 4.0MHz 之間的某個開關(guān)頻率附近以±288kHz 的幅度隨機變化。

另一種用于 EMI 敏感測量應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)是一種 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器可以通過一個保持電容來為負(fù)載供電，從而暫時停止轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測量。Texas Instruments TPS62840 就是這項技術(shù)的實例，它具有一個 STOP 引腳來停止轉(zhuǎn)換，從而消除任何開關(guān)噪聲。

審核編輯 黃昊宇