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如何設計低電磁干擾的DC/DC轉化器

發(fā)布時間:2012-11-26 責任編輯:Lynnjiao

【導讀】出于產品規(guī)范和系統(tǒng)性能的考慮,電源產生的電磁干擾(EMI)必須足夠低。不過,電源的電磁干擾水平卻是設計中最難精確預計的項目。本文中我們將考慮與低電磁干擾設計相關的兩種常見的折中方案;熱性能、電磁干擾以及與PCB布局和電磁干擾相關的方案尺寸等。

文中我們將使用一個簡單的降壓轉換器做例子,如圖1所示。

普通的降壓轉換器
圖1:普通的降壓轉換器

在頻域內測量輻射和傳導電磁干擾,這就是對已知波形做傅里葉級數(shù)展開,本文中我們著重考慮輻射電磁干擾性能。在同步降壓轉換器中,引起電磁干擾的主要開關波形是由Q1和Q2產生的,也就是每個場效應管在其各自導通周期內從漏極到源極的電流di/dt。圖2所示的電流波形(Q和Q2on)不是很規(guī)則的梯形,但是我們的操作自由度也就更大,因為導體電流的過渡相對較慢,所以可以應用Henry Ott經典著作《電子系統(tǒng)中的噪聲降低技術》中的公式1。我們發(fā)現(xiàn),對于一個類似的波形,其上升和下降時間會直接影響諧波振幅或傅里葉系數(shù)(In)。

Q1和Q2的波形
圖2:Q1和Q2的波形

In=2IdSin(nπd)/nπd ×Sin(nπtr/T)/nπtr/T (1)
其中,n是諧波級次,T是周期,I是波形的峰值電流強度,d是占空比,而tr是tr或tf的最小值。

在實際應用中,極有可能會同時遇到奇次和偶次諧波發(fā)射。如果只產生奇次諧波,那么波形的占空比必須精確為50%。而實際情況中極少有這樣的占空比精度。

諧波系列的電磁干擾幅度受Q1和Q2的通斷影響。在測量漏源電壓VDS的上升時間tr和下降時間tf,或流經Q1和Q2的電流上升率di/dt 時,可以很明顯看到這一點。這也表示,我們可以很簡單地通過減緩Q1或Q2的通斷速度來降低電磁干擾水平。事實正是如此,延長開關時間的確對頻率高于 f=1/πtr的諧波有很大影響。不過,此時必須在增加散熱和降低損耗間進行折中。盡管如此,對這些參數(shù)加以控制仍是一個好方法,它有助于在電磁干擾和熱性能間取得平衡。具體可以通過增加一個小阻值電阻(通常小于5Ω)實現(xiàn),該電阻與Q1和Q2的柵極串聯(lián)即可控制tr和tf,你也可以給柵極電阻串聯(lián)一個 “關斷二極管”來獨立控制過渡時間tr或tf(見圖3)。這其實是一個迭代過程,甚至連經驗最豐富的電源設計人員都使用這種方法。我們的最終目標是通過放慢晶體管的通斷速度,使電磁干擾降低至可接受的水平,同時保證其溫度足夠低以確保穩(wěn)定性。

用關聯(lián)二極管來控制過渡時間
圖3:用關聯(lián)二極管來控制過渡時間

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