高转换率、符合CISPR5类电磁辐射标准的稳压器长这样

亚德诺半导体 2022-09-28 11:56

当设计中需要优先考虑并尽可能减少EMI(电磁干扰)时,线性稳压器可以算得上一种低噪声解决方案,但考虑到散热和效率要求其并不适用于该种场景,反而需要选择开关稳压器。即使在对EMI敏感的应用中,开关稳压器通常也是输入电源总线上的第一个有源元件,无论下游变换器如何,它都会显著影响整个转换器的EMI性能。确保可以通过电源IC的选取可以抑制EMI并达到效率要求,LT8614 Silent Switcher™稳压器做到了这一点。


与当前的开关稳压器相比,LT8614可将EMI降低20dB以上。相比之下,它在30MHz以上的频率范围内将EMI降低了10倍的同时,并未影响等效电路板区域的最小导通、关断时间或效率。它无需额外的元件或屏蔽即可实现这一点,代表开关稳压器设计的一个重大突破。



改善EMI问题的新方案


解决EMI(电磁干扰)问题的可靠方法是对整个电路使用屏蔽盒。当然,这会大大增加所需的电路板空间、元件和装配成本,同时增加热管理和测试的复杂度。另一种方法是减缓开关边缘的速度。但这会导致效率降低、增加最小导通、关断时间及其相关死区时间等不良影响,并影响潜在的电位电流控制环路速度。


LT8614 Silent Switcher稳压器在不使用屏蔽盒的情况下达到了所需的效果(见图1)。LT8614的IQ低至2.5μA,在无负载的情况下进行调节时,器件消耗的总电源电流为2.5μA,这对始终开机的系统非常重要。


图1. LT8614 Silent Switcher可充分降低EMI/EMC辐射,同时在高达3MHz 的频率下实现高效率(转换)。


其超低压差仅受内部顶端开关的限制。与其它解决方案不同,LT8614的VIN-VOUT(输入输出电压)限制不受最大占空比和最小关断时间的限制。如图6所示,该器件在出现压降时会跳过关断周期,以保持内部顶端开关升压级电压持续稳定。


同时,典型最小工作输入电压仅为2.9V(最大为3.4V),使其能够在降压状态下提供3.3V的电压。由于LT8614的总开关电阻较低,在大电流情况下,其效率高于同类器件。


LT8614(的工作频率)可以和200kHz至3MHz的外部工作频率同步。由于交流开关损耗较低,因此它可以在高开关频率下以最低的损耗工作。在对EMI敏感的应用比如很多汽车环境中常见的应用中,达到一个良好的平衡,并且LT8614可以在AM频段以下工作以达到更低的EMI,或者也可以在AM频段以上工作。在具有700kHz工作开关频率的设置中,标准的LT8614演示板在CISPR25的5级测量中均未超过本底噪声。


图2. LT8614板在电波暗室中符合CISPR25辐射标准。本底噪声与LT8614的电磁辐射骚扰相当。


图2显示了在12V输入电压、3.3V输出电压、2A电流、固定开关频率为700kHz的电波暗室中进行测量的结果。为了比较LT8614与另一款开关稳压器,将该产品与LT8610进行对比测量(见图3)。在GTEM室中,对两个器件的标准演示板使用相同的负载、输入电压和相同电感进行了测试。


图3. LT8614与LT8610的电磁辐射骚扰 进行比较。


可以发现,与LT8610已经很不错的EMI性能相比,使用LT8614还能再改善20dB,特别是在更加难以管理的高频范围。


在时域中,LT8614在开关节点边缘的性能良好,如图4和图5所示。即使在4ns/div时,LT8614稳压器的振铃也非常小。如图4所示,相比之下LT8610具有良好的振铃抑制能力,但与LT8614(图4)相比,可以看到它在热回路中存储的能量更高。


图4. LT8614 Silent Switcher和LT8610的开关节点上升 沿的比较。


图5. LT8614近乎理想的方波开关波形实现了低噪声操作。


图6. LT8614和LT8610的开关节点的压降性能。


图5显示了13.2V输入电压下的开关节点,以及LT8614如何在开关节点处实现近乎理想的方波。图4、图5和图6中的所有时域测量均使用500MHz Tektronix P6139A的探头,探头尖端屏蔽紧密连接至PCB的GND平面。两个器件都使用了现成的演示板。


LT861x系列的绝对最大输入电压额定值为42V,这对于汽车和工业环境非常重要。而在汽车应用中压降性能与其(最大输入电压额定值)同样重要。通常,在冷启动情况下,必须支持关键的3.3V逻辑电源。在这种情况下,LT8614 Silent Switcher稳压器保持了LT861x系列近乎理想的性能表现。如图6所示,LT8610/11/14器件没有采用替代部件的较高欠压锁定电压和最大占空比箝位功能,而是降至3.4V运行,并在必要时开始跳周期。这就会产生比较理想的压降性能,如图7所示。


图7. LT8614压降性能。与其他LT861x器件一样,它的工作 电压低至3.4V,并在必要时开始跳周期。


LT8614的最低导通时间为30ns,即使在高开关频率下也能实现较大的降压比。因此,它可以在输入电压高达42V的情况下,通过一次降压提供逻辑核心电压。



结论


众所周知,为了在系统设计完成时能够通过电磁干扰测试,在变换器初始设计阶段就需要慎重考虑电磁干扰问题。LT8614稳压器可以通过选择功率IC,确保成功可行的实现这一需求。LT8614将当前先进的开关稳压器产生的电磁干扰降低了20dB以上,即使提高转换效率,也不需要额外的组件或额外的屏蔽。


开关稳压器和EMI

印刷电路板的布局设计确定了一个电源的功能、电磁干扰和热行为,并决定了每一种电源设计的成败。虽然开关电源的布局不是一门魔法,但在最初的设计过程中,它往往会被忽视。由于必须满足功能和电磁干扰的要求,有利于电源功能稳定性的因素通常也有利于电磁干扰辐射。要知道,从一开始就有良好的布局不仅不会增加成本,实际上还可以节约成本,并且不再需要更改EMI滤波器、机械屏蔽、EMI测试时间和PC板。


EMI发射有两类:传导和辐射。传导发射通过电线和走线连接到产品。由于该噪声局限于设计中的特定端子或连接器,因此通常在开发过程早期可通过良好的布局和滤波器设计保证符合传导辐射要求。


然而,辐射发射则是另一回事。电路板上任何承载电流的东西都会辐射电磁场。电路板上的每一条走线都是一根天线,每个铜层都是一个镜子。除了纯正弦波或直流电压以外,任何其他东西都会产生较宽的信号频谱。即使精心设计,开发人员在系统测试之前,也无法真正知道辐射发射情况会有多严重。辐射发射测试只有在设计基本完成后才能正式进行。


滤波器通常会在一定频率或在一定频率范围内衰减信号强度来降低电磁干扰。通过添加金属板作为磁屏蔽,可以衰减空间(辐射)的一部分能量。通过添加铁氧体磁珠和其他滤波器抑制PCB走线(传导)的低频部分的能量。EMI无法消除,但可以衰减到其他通信和数字器件能够接受的水平。此外,一些监管机构通过实施相关标准来确保合规。


采用表面安装技术的现代输入滤波器拥有比通孔器件更好的性能。但是,这种改善跟不上开关稳压器工作频率增加的步伐。更高的效率、较短的导通和关断时间以及更快的开关转换,导致谐波含量更高。所有其他参数(如开关容量和转换时间)保持不变时,开关频率每增加一倍,EMI便恶化6dB。如果开关频率增加10倍,宽带EMI性能就会像一阶高通滤波器一样,辐射增加20dB。


精明的PCB设计人员会将热环路变小,并让屏蔽接地层尽可能靠近有源层。尽管如此,器件引脚排列、封装结构、散热设计的需求以及在去耦元件中储存充足能量所需的封装尺寸都要求尽可能减小热环路。在典型平面印刷电路板设计中更为复杂的是,由于频率越高,不良的磁耦合或天线耦合就越显著,因此走线之间高于30MHz的磁性或变压器式耦合会削弱所有滤波器的作用。


当多个直流/直流开关模式稳压器并联,以实现均流和更高的输出功率时,潜在的干扰和噪声问题可能会变得更加严重。如果所有的稳压器都以类似的频率工作(开关),那么电路中多个稳压器产生的综合能量就会集中在该频率及其谐波上。对于PC板上的其他IC和其他系统板这种能量的存在可能会成为一个难以解决的问题,器件间靠得很近,易受到这种辐射能量的影响。在汽车系统中,因元器件密集,且经常与音频、射频、CAN总线以及各种接收系统靠得很近,这种问题尤其令人担忧。

点击查看ADI Silent Switcher 3最新架构
查看往期内容↓↓↓
亚德诺半导体 Analog Devices, Inc.(简称ADI)始终致力于设计与制造先进的半导体产品和优秀解决方案,凭借杰出的传感、测量和连接技术,搭建连接真实世界和数字世界的智能化桥梁,从而帮助客户重新认识周围的世界。
评论
  • 遇到部分串口工具不支持1500000波特率,这时候就需要进行修改,本文以触觉智能RK3562开发板修改系统波特率为115200为例,介绍瑞芯微方案主板Linux修改系统串口波特率教程。温馨提示:瑞芯微方案主板/开发板串口波特率只支持115200或1500000。修改Loader打印波特率查看对应芯片的MINIALL.ini确定要修改的bin文件#查看对应芯片的MINIALL.ini cat rkbin/RKBOOT/RK3562MINIALL.ini修改uart baudrate参数修改以下目
    Industio_触觉智能 2024-12-03 11:28 104浏览
  • 作为优秀工程师的你,已身经百战、阅板无数!请先醒醒,新的项目来了,这是一个既要、又要、还要的产品需求,ARM核心板中一个处理器怎么能实现这么丰富的外围接口?踌躇之际,你偶阅此文。于是,“潘多拉”的魔盒打开了!没错,USB资源就是你打开新世界得钥匙,它能做哪些扩展呢?1.1  USB扩网口通用ARM处理器大多带两路网口,如果项目中有多路网路接口的需求,一般会选择在主板外部加交换机/路由器。当然,出于成本考虑,也可以将Switch芯片集成到ARM核心板或底板上,如KSZ9897、
    万象奥科 2024-12-03 10:24 86浏览
  • 概述 说明(三)探讨的是比较器一般带有滞回(Hysteresis)功能,为了解决输入信号转换速率不够的问题。前文还提到,即便使能滞回(Hysteresis)功能,还是无法解决SiPM读出测试系统需要解决的问题。本文在说明(三)的基础上,继续探讨为SiPM读出测试系统寻求合适的模拟脉冲检出方案。前四代SiPM使用的高速比较器指标缺陷 由于前端模拟信号属于典型的指数脉冲,所以下降沿转换速率(Slew Rate)过慢,导致比较器检出出现不必要的问题。尽管比较器可以使能滞回(Hysteresis)模块功
    coyoo 2024-12-03 12:20 154浏览
  • 《高速PCB设计经验规则应用实践》+PCB绘制学习与验证读书首先看目录,我感兴趣的是这一节;作者在书中列举了一条经典规则,然后进行详细分析,通过公式推导图表列举说明了传统的这一规则是受到电容加工特点影响的,在使用了MLCC陶瓷电容后这一条规则已经不再实用了。图书还列举了高速PCB设计需要的专业工具和仿真软件,当然由于篇幅所限,只是介绍了一点点设计步骤;我最感兴趣的部分还是元件布局的经验规则,在这里列举如下:在这里,演示一下,我根据书本知识进行电机驱动的布局:这也算知行合一吧。对于布局书中有一句:
    wuyu2009 2024-11-30 20:30 141浏览
  • TOF多区传感器: ND06   ND06是一款微型多区高集成度ToF测距传感器,其支持24个区域(6 x 4)同步测距,测距范围远达5m,具有测距范围广、精度高、测距稳定等特点。适用于投影仪的无感自动对焦和梯形校正、AIoT、手势识别、智能面板和智能灯具等多种场景。                 如果用ND06进行手势识别,只需要经过三个步骤: 第一步&
    esad0 2024-12-04 11:20 92浏览
  • 光伏逆变器是一种高效的能量转换设备,它能够将光伏太阳能板(PV)产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络,还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器,以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性,在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2024-12-02 10:40 134浏览
  • 戴上XR眼镜去“追龙”是种什么体验?2024年11月30日,由上海自然博物馆(上海科技馆分馆)与三湘印象联合出品、三湘印象旗下观印象艺术发展有限公司(下简称“观印象”)承制的《又见恐龙》XR嘉年华在上海自然博物馆重磅开幕。该体验项目将于12月1日正式对公众开放,持续至2025年3月30日。双向奔赴,恐龙IP撞上元宇宙不久前,上海市经济和信息化委员会等部门联合印发了《上海市超高清视听产业发展行动方案》,特别提到“支持博物馆、主题乐园等场所推动超高清视听技术应用,丰富线下文旅消费体验”。作为上海自然
    电子与消费 2024-11-30 22:03 103浏览
  •         温度传感器的精度受哪些因素影响,要先看所用的温度传感器输出哪种信号,不同信号输出的温度传感器影响精度的因素也不同。        现在常用的温度传感器输出信号有以下几种:电阻信号、电流信号、电压信号、数字信号等。以输出电阻信号的温度传感器为例,还细分为正温度系数温度传感器和负温度系数温度传感器,常用的铂电阻PT100/1000温度传感器就是正温度系数,就是说随着温度的升高,输出的电阻值会增大。对于输出
    锦正茂科技 2024-12-03 11:50 135浏览
  • 11-29学习笔记11-29学习笔记习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-02 23:58 90浏览
  • 当前,智能汽车产业迎来重大变局,随着人工智能、5G、大数据等新一代信息技术的迅猛发展,智能网联汽车正呈现强劲发展势头。11月26日,在2024紫光展锐全球合作伙伴大会汽车电子生态论坛上,紫光展锐与上汽海外出行联合发布搭载紫光展锐A7870的上汽海外MG量产车型,并发布A7710系列UWB数字钥匙解决方案平台,可应用于数字钥匙、活体检测、脚踢雷达、自动泊车等多种智能汽车场景。 联合发布量产车型,推动汽车智能化出海紫光展锐与上汽海外出行达成战略合作,联合发布搭载紫光展锐A7870的量产车型
    紫光展锐 2024-12-03 11:38 121浏览
  • RDDI-DAP错误通常与调试接口相关,特别是在使用CMSIS-DAP协议进行嵌入式系统开发时。以下是一些可能的原因和解决方法: 1. 硬件连接问题:     检查调试器(如ST-Link)与目标板之间的连接是否牢固。     确保所有必要的引脚都已正确连接,没有松动或短路。 2. 电源问题:     确保目标板和调试器都有足够的电源供应。     检查电源电压是否符合目标板的规格要求。 3. 固件问题: &n
    丙丁先生 2024-12-01 17:37 111浏览
  • 学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&
    youyeye 2024-11-30 14:30 85浏览
  • 最近几年,新能源汽车愈发受到消费者的青睐,其销量也是一路走高。据中汽协公布的数据显示,2024年10月,新能源汽车产销分别完成146.3万辆和143万辆,同比分别增长48%和49.6%。而结合各家新能源车企所公布的销量数据来看,比亚迪再度夺得了销冠宝座,其10月新能源汽车销量达到了502657辆,同比增长66.53%。众所周知,比亚迪是新能源汽车领域的重要参与者,其一举一动向来为外界所关注。日前,比亚迪汽车旗下品牌方程豹汽车推出了新车方程豹豹8,该款车型一上市就迅速吸引了消费者的目光,成为SUV
    刘旷 2024-12-02 09:32 131浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦