最小化SEPIC轉換器的排放

Frederik Dostal ADI公司

用于電壓轉換的每個開關模式穩(wěn)壓器都會引起干擾。在電壓轉換器的輸入端和輸出端，有一部分是通過線傳輸?shù)?，但也有一部分是輻射的。這些干擾主要是由快速開關的邊緣引起的。對于現(xiàn)代開關模式穩(wěn)壓器，它們只有幾納秒長。采用新開關技術（例如SiC或GaN）之后，這些開關轉換的時間特別短。圖1所示為大約1納秒長的開關轉換時間?；A頻率不能與降壓型穩(wěn)壓器的開關頻率混淆。但是，有一些方法可以克服干擾問題。如圖1所示，應該盡可能快地開關邊緣，以便盡可能減少開關損失。

為了創(chuàng)建一個輻射干擾盡可能低的優(yōu)化電路板布局，開關模式穩(wěn)壓器的熱回路必須盡可能小—也就是說，寄生電感越小越好。為了說明快速開關電流產(chǎn)生的影響，我們針對一個示例進行了計算。如果在一納秒內(nèi)開關1 A電流，且該電流路徑中存在20 nH的寄生電感，則會產(chǎn)生20 V電壓偏移。計算公式如下：

產(chǎn)生的干擾 (EMI) 是由熱回路中20 nH寄生電感導致的20 V電壓偏移引起的。為了盡可能減少這種干擾，必須讓寄生電感盡可能最小。

降壓型開關模式穩(wěn)壓器要求輸入電容盡可能靠近高側開關以及低側開關的接地連接。對于單片同步降壓型開關穩(wěn)壓器，這相當于輸入電容與降壓穩(wěn)壓器集成電路的VIN和GND連接。如果這些連接的電感盡可能低，產(chǎn)生的電壓偏移和電磁干擾就會盡可能低。

根據(jù)SEPIC拓撲，采用開關式穩(wěn)壓器的情況下，這個概念如何實施？SEPIC拓撲非常受歡迎，因為輸入電壓可以高于或低于輸出電壓。因此，這相當于升降壓拓撲。圖2顯示了這個拓撲。除降壓拓撲外，還需采用第二電感和耦合電容。

由于SEPIC轉換器也是一種開關模式穩(wěn)壓器，所以這種拓撲中也會出現(xiàn)相同的快速開關電流（與降壓轉換器類似）。為了盡量減少產(chǎn)生干擾，這些熱回路電流路徑應該盡可能短。出于這個目的，必須考慮降壓穩(wěn)壓器的每條路徑。導體是連續(xù)導電，還是只在通電或斷電時導電？在圖2中，所有用淺藍色線路的電流隨快速切換而變化。因此，這些路徑是關鍵的熱循環(huán)路徑，構建時需保證電感盡可能低。不可在這些路徑中插入過孔或不必要的長連接線纜。

SEPIC開關模式穩(wěn)壓器也具備關鍵的熱回路，這對于實現(xiàn)低電磁干擾行為是必不可少的。如果這些熱回路設計巧妙，寄生電感很低，那么只會產(chǎn)生很小的電壓偏移，從而減少輻射干擾。在SEPIC開關模式穩(wěn)壓器中，并非如降壓型穩(wěn)壓器一樣，關鍵的是輸入電容，而是本文中描述的電流路徑，如圖2所示。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根-紐倫堡大學微電子學專業(yè)。他于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務，曾擔任各種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開關模式電源。他于2009年加入ADI公司，現(xiàn)擔任位于德國慕尼黑的ADI公司的電源管理現(xiàn)場應用工程師。聯(lián)系方式： frederik.dostal@analog.com 。