安靜高效的開關穩(wěn)壓器

開關穩(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換中實現(xiàn)高效率。開關穩(wěn)壓器在高功率轉換效率方面占據(jù)上風。但是，它們也表現(xiàn)出一些弱點。許多應用面臨的主要挑戰(zhàn)是開關穩(wěn)壓器固有的干擾，因為它會產生傳導發(fā)射（通常是輸入側和輸出側）和輻射電磁干擾（EMI）。EMI會耦合到電路的信號關鍵部分，從而降低系統(tǒng)性能。開關穩(wěn)壓器產生的這種干擾還可能導致無法符合給定的規(guī)范，例如，CISPR 22 輻射 B 類限制，輻射發(fā)射在 30 MHz 和 450 MHz 之間。

圖1顯示了開關模式電源開關節(jié)點上的理想波形。除了非隔離電源的實際開關頻率通常在500 kHz和3 MHz之間外，開關轉換還會產生大約10 MHz和1 GHz之間的頻率，對應于通常介于1 ns和100 ns之間的轉換時間。

圖1.開關模式電源產生的頻率和相關干擾。

通過延長轉換時間，可以減少快速開關產生的干擾。開關穩(wěn)壓器中較慢的開關轉換不僅會將干擾轉移到較低的頻率，還會降低其幅度。這是基于公式 V = L × di/dt。因此，如果流經開關穩(wěn)壓器的一定電流開關（上升和下降）非常迅速，則固定寄生電感會產生更高的電壓偏移。這也增加了干擾。

這種說法可能會讓人認為，最好使用緩慢的開關轉換。就造成的干擾而言，這絕對是正確的。遺憾的是，開關轉換緩慢會產生更高的開關損耗。在過渡期間，開關具有一定的電阻，既不完全打開也不完全關閉。在此期間，開關具有高電阻。這會產生功率損耗并降低開關穩(wěn)壓器的轉換效率。

傳統(tǒng)上，設計人員必須選擇具有高噪聲的高效率或產生較少干擾的低轉換效率。EMI可以通過增加濾波器和屏蔽來減輕，但這大大增加了制造的復雜性、尺寸和成本。

為了實現(xiàn)高效率、低EMI和緊湊的開關穩(wěn)壓器設計，ADI線性電源工程師?集團開發(fā)了靜音切換器技術。在靜音開關穩(wěn)壓器中，高di/dt電流環(huán)路被分成兩個對稱環(huán)路，產生兩個相互抵消的磁場，如圖2所示。這種噪聲抑制設計通?？蓪MI降低20 dB至40 dB。?

圖2.由于開關電流的對稱性而導致的磁場消除。

輸入電壓輸出電壓

圖2顯示了走線和開關的對稱布局。這將開關電流分成兩條對稱路徑。一條路徑生成一個強度相同但方向與第二條路徑相反的場。因此，這些干擾場在很大程度上相互抵消。

靜音切換器技術和新的靜音切換器2技術也支持高V電壓在到 V外高頻操作時的比率，同時保持低噪聲。這導致整體解決方案尺寸小得多。這些架構使開關穩(wěn)壓器緊湊、安靜且高效。

審核編輯：郭婷