具有集成電容器的降壓穩壓器如何幫助降低EMI和節省布板空間
發布時間:2022-10-18 來源:TI 責任編輯:wenwei
【導讀】在實現高效緊湊設計的同時遵守國際無線電幹擾特別委員會 (CISPR) 等組織提出的嚴格電磁幹擾 (EMI) 要(yao)求(qiu)是(shi)一(yi)項(xiang)挑(tiao)戰(zhan)。因(yin)此(ci),元(yuan)件(jian)的(de)選(xuan)擇(ze)成(cheng)為(wei)設(she)計(ji)過(guo)程(cheng)的(de)關(guan)鍵(jian)。與(yu)大(da)多(duo)數(shu)設(she)計(ji)決(jue)策(ce)一(yi)樣(yang),在(zai)不(bu)同(tong)元(yuan)件(jian)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)選(xuan)擇(ze)幾(ji)乎(hu)總(zong)是(shi)歸(gui)結(jie)為(wei)基(ji)於(yu)關(guan)鍵(jian)設(she)計(ji)目(mu)標(biao)的(de)權(quan)衡(heng)評(ping)估(gu)。降(jiang)壓(ya)穩(wen)壓(ya)器(qi)以(yi)高(gao)效(xiao)率(lv)和(he)良(liang)好(hao)的(de)熱(re)性(xing)能(neng)著(zhu)稱(cheng),但(dan)通(tong)常(chang)不(bu)被(bei)視(shi)為(wei)具(ju)有(you)低(di) EMI。幸運的是,您有多種選擇來降低此類穩壓器產生的 EMI。為方便進一步討論,圖 1 展示了降壓穩壓器的簡化原理圖。
圖 1:降壓穩壓器簡化原理圖
電路板布局布線注意事項
當設計必須符合 EMI 要yao求qiu時shi,除chu了le選xuan擇ze適shi當dang的de無wu源yuan器qi件jian值zhi確que保bao功gong能neng設she計ji之zhi外wai,電dian路lu板ban布bu局ju布bu線xian應ying該gai是shi需xu要yao考kao慮lv的de首shou要yao因yin素su。有you兩liang個ge降jiang壓ya穩wen壓ya器qi電dian路lu板ban布bu局ju布bu線xian通tong用yong規gui則ze可ke幫bang助zhu有you效xiao降jiang低di EMI:
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,從而更大程度地減少高瞬態電流 (di/dt) 的環路麵積。
盡可能減小開關節點的麵積,從而更大程度地減小高瞬態電壓 (dv/dt) 節點的表麵積。
電路板布局布線無法實現優化時,還有其他選項。要詳細了解其他選項,請前往 TI E2E™ 中文支持論壇,閱讀技術文章《器件級功能和封裝選項如何幫助有效降低汽車設計中的 EMI》。
集成輸入電容器
如前所述,在 EMI 要求限製之下進行開關穩壓器的設計時,減小高瞬態電流 (di/dt) 環路的麵積非常重要。在降壓穩壓器中,需要從 EMI 的de角jiao度du考kao慮lv輸shu入ru電dian壓ya對dui地di環huan路lu。降jiang壓ya穩wen壓ya器qi通tong過guo開kai啟qi和he關guan斷duan電dian源yuan連lian接jie將jiang較jiao高gao的de直zhi流liu電dian壓ya降jiang為wei較jiao低di的de電dian壓ya,從cong而er在zai高gao側ce產chan生sheng金jin屬shu氧yang化hua物wu半ban導dao體ti場chang效xiao應ying晶jing體ti管guan (MOSFET) Q1 電流,如圖 2 所示。
圖 2:降壓穩壓器的輸入電流波形
MOSFET 快速開啟和關閉,產生由輸入電容器提供的非常尖銳且幾乎不連續的電流。某些器件,例如 TI 的 3A LMQ66430-Q1 和 6A LMQ61460-Q1 36V 降(jiang)壓(ya)穩(wen)壓(ya)器(qi),在(zai)封(feng)裝(zhuang)內(nei)集(ji)成(cheng)高(gao)頻(pin)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)器(qi),從(cong)而(er)盡(jin)可(ke)能(neng)減(jian)小(xiao)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)的(de)麵(mian)積(ji)。減(jian)小(xiao)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)的(de)麵(mian)積(ji)可(ke)降(jiang)低(di)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan),從(cong)而(er)減(jian)少(shao)電(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)的(de)輸(shu)出(chu)。
集成自舉電容器
需要考慮的另一個高瞬態電流 (di/dt) 環路就是自舉電容環路。自舉電容器負責在導通期間為高側 MOSFET 柵極驅動器提供電荷。內部電路在關斷期間對該電容器重新充電。高側 MOSFET 的源極端子連接至開關節點而不是 GND。將自舉電容器連接到 MOSFET 的源極引腳可確保柵源電壓 (VGS) 足夠高以開啟 MOSFET。duiyudaduoshujiangyawenyaqi,bixuzaidianlubanshangliuchuyixiekeyongdekaiguanjiedianquyulailianjiezijudianrongqi,jinguanzhezaitongguojinkenengjianxiaokaiguanjiedianmianjilaijiangdi EMI 過程中可能產生適得其反的效果。通過在封裝內集成自舉電容器,LMQ66430-Q1 不僅遵循之前提到的兩個規則,同時還減少了對外部元件的需求。
結語
在嚴格的 EMI 要求下實現空間緊湊的電源設計並不簡單。具有集成電容器的降壓穩壓器可以使符合 EMI 要求的設計實現起來更容易,同時還有助於減少整體外部元件的數量。
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