保證高效和緊湊的設計同時遵守國際無線電干擾特別委員會 (CISPR) 等組織提出的嚴格電磁干擾 (EMI) 要求是一項挑戰(zhàn)。因此，元件的選擇成為了設計過程的關鍵。與大多數(shù)設計決策一樣，在不同組件之間進行選擇幾乎總是歸結為基于您最關鍵設計目標的權衡評估。以高效及良好的熱性能著稱的buck穩(wěn)壓器，通常不被視為降低電磁干擾候選項。幸運的是，您有多種選擇來降低此類穩(wěn)壓器產生的EMI。幸運的是，仍然有多種措施用以減少這類穩(wěn)壓器所帶來的電磁干擾。圖1為buck穩(wěn)壓器的示意圖。
圖1. Buck穩(wěn)壓器示意圖
電路板布局注意事項
當設計必須符合EMI要求時，除了選擇適當?shù)臒o源元件值以確保功能設計之外，電路板布局應該是進行設計時需要考慮的首要因素。有兩個buck穩(wěn)壓器電路板布局通用規(guī)則可將電磁干擾降至最低：
• 使輸入電容器和自舉電容器盡可能地靠近集成電路的VIN和GND引腳，以最大限度地減少高瞬態(tài)電流 (di/dt) 環(huán)路面積；
• 通過最小化開關節(jié)點的面積來最小化高瞬態(tài)電壓 (dv/dt) 節(jié)點的表面積。
集成輸入電容器
在EMI要求限制之下進行開關穩(wěn)壓器的設計時，減小高瞬態(tài)電流環(huán)路的面積非常重要。在buck穩(wěn)壓器中，需要從EMI的角度考慮輸入電壓對地環(huán)路。buck穩(wěn)壓器通過開啟和關閉與電源的開關器件將較高的直流電壓降為較低的電壓，從而在高壓側產生MOSFET電流，如圖 2 所示。
圖2. Buck穩(wěn)壓器作用下的輸入電流變化
MOSFET快速開啟和關閉，產生由輸入電容器提供的非常尖銳且?guī)缀醪贿B續(xù)的電流。諸如TI的3-A LMQ66430-Q1和6-A LMQ61460-Q1 36V buck穩(wěn)壓器，在封裝內集成高頻輸入電容器，從而實現(xiàn)了輸入電流環(huán)路面積的最小化。減小輸入電流回路面積會導致輸入端的寄生電感更小，從而減少電磁能量的輸出。
集成自舉電容
需要考慮的另一個高瞬態(tài)電流環(huán)路就是自舉電容環(huán)路。自舉電容負責在開關器件導通期間為高壓側MOSFET柵極提供驅動。內部電路在關斷期間對該電容器重新充電。高壓側MOSFET的源極連接至開關節(jié)點而不是GND。將自舉電容連接到MOSFET的源極引腳可確保柵源電壓 (VGS) 足夠高以開啟MOSFET。對于大多數(shù)buck穩(wěn)壓器，必須在電路板上留出一些可用的開關節(jié)點區(qū)域來連接自舉電容器，盡管這在最小化開關節(jié)點以減少EMI過程中只會收到適得其反的效果。在封裝內集成自舉電容的LMQ66430-Q1不僅遵循之前提到的兩個規(guī)則，同時還減少了對外部組件的需求。
總結
在嚴格的EMI要求下保持結構緊湊的電源設計實現(xiàn)起來可能很困難。帶有集成電容器的buck穩(wěn)壓器可以使符合EMI要求的設計實現(xiàn)起來更容易，同時還有助于減少整體外部組件的數(shù)量。 |
