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解決方案News
只需一招,同步開關穩壓器電磁干擾問題“藥到病除”
2019.10.15

同步開關穩壓器由于效率高,在負載點(POL)電源領域廣泛應用。但是相對于異步開關穩壓器,同步開關穩壓器可能會產生額外的電磁干擾。本文通過比較這兩種開關穩壓器,闡明同步開關穩壓器額外的電磁干擾產生的來源,以及如何使用肖特基二極管來減少此類電磁干擾。最后給出產品選型方面的小技巧。

同步開關

穩壓器

V

S

異步開關

穩壓器

開關穩壓器的工作原理是:通過重復切換開關(如下圖的S1、S2)的“通”和“斷”狀態,把DC輸入電壓轉化成PWM波形,然后使用電感、電容等能量存貯部件使其平滑,以轉換成所希望的DC輸出電壓。

而同步開關穩壓器與異步開關穩壓器之間的主要區別在于:同步開關穩壓器使用晶體管S2來代替二極管D1。(如下圖電路所示)

同步開關穩壓器

異步開關穩壓器

降壓電路

圖1a. 同步開關穩壓器

圖1b. 異步開關穩壓器

工作方式

S1、 S2 通常為晶體管

S1 “通” S2 “斷”時,橙線為電流路徑

S1 “斷” S2 “通”時,綠線為電流路徑

S1通常為晶體管, D1通常為二極管

S1“通” D1“斷”時,橙線為電流路徑

S1“斷” D1“通”時,綠線為電流路徑

優點

效率高

電路簡單

缺點

電路復雜

效率低

圖1. 同步開關穩壓器與異步開關穩壓器比較

通常來說, 晶體管開關承載電流時的壓降要比二極管更低。因此同步開關穩壓器的能量損耗更小,效率更高。但是與異步開關穩壓器相比,同步開關穩壓器容易產生額外的電磁干擾。那么額外的電磁干擾是怎么產生的呢?

電磁干擾的來源與對策

同步開關穩壓器有一個天生的缺陷,就是當S1與S2同時導通時,會產生短路危險,這會損壞開關。所以必須確保兩個開關永遠不會同時導通。為了個避免這種情況發生,會采取一些措施,而這些措施可能會帶來額外的電磁干擾。我們來梳理一下這個過程是如何發生的。

圖2. 同步開關穩壓器電磁干擾產生的原因和解決方案(點擊圖片放大,查看詳情)

我們可以使用一個額外的肖特基二極管來減少此類電磁干擾。肖特基二極管的反向恢復時間非常短,甚至反向恢復時間為0。并且在死區時間開始時,能非??焖俚匚针娏?。這可減緩開關節點處的電壓陡降,從而減少由于耦合效應而產生并分布到電路上的電磁干擾。

下圖是一個典型的降壓同步開關穩壓電路,其使用ADI ADP2443為同步開關穩壓芯片。采用N溝道MOSFET和額外的肖特基二極管,可最大限度地減少干擾。

圖3. 肖特基二極管在同步開關穩壓器中的應用

電路中關鍵元器件選型

  • 同步/異步開關穩壓器選型

異步開關穩壓器是簡單且牢固的方式,而同步開關穩壓器效率更高。如何在選型時區分這兩類穩壓器呢?

Digi-Key官網上,開關穩壓器選型列表中,提供了許多可供選擇的參數。在“同步整流器”欄中選擇“是”,對應的就是同步開關穩壓器。

圖4. Digi-Key網站中同步/異步開關穩壓器選型

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