開(kāi)關(guān)穩壓器由于尺寸、輸出靈活性和效率優(yōu)勢,成為很多電源轉換電路的流行選擇。視運行條件的不同而不同,這類(lèi)電源的轉換效率現在可以達到 98% 的水平。然而,盡管有這些優(yōu)勢,這類(lèi)電源必須在其他參數上做出妥協(xié),其中最難的一個(gè)就是噪聲。
不過(guò),什么是開(kāi)關(guān)穩壓器的“噪聲”? 為了更好地理解這個(gè)術(shù)語(yǔ),讓我們從開(kāi)關(guān)模式電源產(chǎn)生寬帶諧波能量這一事實(shí)入手。這種人們不想要的能量以?xún)煞N形式出現,即輻射和傳導,在業(yè)界,它們通常被稱(chēng)為“噪聲”。然而,這個(gè)名稱(chēng)確實(shí)不夠準確,因為開(kāi)關(guān)穩壓器的輸出“噪聲”根本就不是噪聲,而是直接與穩壓器的開(kāi)關(guān)切換有關(guān)的、自然而然剩余的高頻分量。這種現象的正確叫法是電磁輻射,或者更常見(jiàn)的叫法是 EMI。而且,確實(shí),EMI 有輻射和傳導兩種形式。
既然在很多電路應用中,要實(shí)現最佳性能,無(wú)噪聲、良好穩壓的電源非常重要,那么能夠降低在這種轉換過(guò)程必然存在的噪聲也就非常重要了。降低噪聲的一種顯然方式是使用線(xiàn)性穩壓器。然而,盡管線(xiàn)性穩壓器提供噪聲很低的電源軌,但是在高降壓比時(shí),其轉換效率不佳,這在大輸出電流應用中,可能導致設計出現熱量問(wèn)題。
相應地,開(kāi)關(guān)穩壓器通常比線(xiàn)性穩壓器的轉換效率高,因此當最終應用需要大輸出電流時(shí),開(kāi)關(guān)穩壓器的熱量設計會(huì )更簡(jiǎn)單。人們能夠很好地理解,在決定幾乎所有電源成敗時(shí),組件選擇和電路板布局發(fā)揮了非常重要的作用。這些方面決定了運行時(shí)的 EMI 和熱量表現。對外行而言,開(kāi)關(guān)電源布局也許看似魔法,但實(shí)際上,在設計初期,這常常是被忽視的一個(gè)基本方面。既然總是必須滿(mǎn)足運行時(shí)的 EMI 要求,那么對電源運行穩定性有好處的事,通常對降低 EMI 輻射也是有好處的。此外,從一開(kāi)始就確定一個(gè)良好的布局,不會(huì )給設計增加任何成本,而且實(shí)際上,由于無(wú)需 EMI 濾波器、機械屏蔽、EMI 測試時(shí)間和無(wú)數次修改電路板,因此還有可能節省了成本。
另外,在一個(gè)設計中采用多個(gè)開(kāi)關(guān)模式 DC/DC 穩壓器以產(chǎn)生多個(gè)軌時(shí),如果這些穩壓器并聯(lián),以均分電流并提供更大的輸出功率,那就有可能加重噪聲引起的潛在干擾問(wèn)題。如果所有穩壓器都以一個(gè)相似的頻率運行 (切換),那么電路中多個(gè)穩壓器合起來(lái)產(chǎn)生的能量就有可能集中在一個(gè)頻率附近。這種能量的存在可能會(huì )成問(wèn)題,尤其是如果印刷電路板 (PCB) 上其余 IC 以及其他系統電路板相互靠得很近而易于受到這種輻射能量影響時(shí)。在工業(yè)和汽車(chē)系統中,這尤其有可能造成麻煩,因為這類(lèi)系統都是密集排列的,而且非??拷娫肼曉?,例如機械切換的電感性負載、PWM 驅動(dòng)功率輸出、微處理器時(shí)鐘和觸點(diǎn)切換。此外,如果以不同頻率切換,那么互調分量有可能混疊到敏感頻段中。
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