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      減慢開關(guān)轉(zhuǎn)換時要謹慎

      發(fā)布時間:2025-04-06
      減慢開關(guān)轉(zhuǎn)換時要謹慎beware when slowing down switching transitions
      作者:frederik dostal,adi公司營銷工程師
      開關(guān)調(diào)節(jié)器中的快速開關(guān)瞬變是有利的,因為這顯著降低了開關(guān)模式電源中的開關(guān)損耗。尤其是在高開關(guān)頻率時,可以大幅提高開關(guān)調(diào)節(jié)器的效率。但是,快速開關(guān)轉(zhuǎn)換也會帶來一些負面影響。開關(guān)轉(zhuǎn)換頻率在20 mhz和200 mhz之間時,干擾會急劇增加。這就使得開關(guān)模式電源開發(fā)人員必須在高頻率范圍內(nèi),在率和低干擾之間找到良好的折衷方案。此外,adi公司提出了創(chuàng)新的silent switcher®技術(shù),即使是極快的開關(guān)邊沿,也可能產(chǎn)生小電磁輻射。
      圖1.對開關(guān)模式電源進行開關(guān)轉(zhuǎn)換,在開關(guān)節(jié)點處施加輸入電壓。
      圖1顯示了快速和慢速開關(guān)轉(zhuǎn)換??焖匍_關(guān)轉(zhuǎn)換會給鄰近電路段產(chǎn)生更強的干擾耦合。存在電壓突變的pcb走線可與具有高阻抗的鄰近走線產(chǎn)生容性耦合。存在電流突變的pcb走線可與鄰近走線產(chǎn)生電感耦合。通過減慢開關(guān)轉(zhuǎn)換,可將這些影響降至更低。圖2顯示了一種經(jīng)驗證適用于異步開關(guān)調(diào)節(jié)器的技術(shù)。此處,兩個開關(guān)中的一個使用了肖特基二極管。將電阻與自舉電容cboot(提供邊n溝道m(xù)osfet的柵極電壓)串聯(lián),可減慢開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換。當無法直接調(diào)整功率mosfet的柵極信號線時,此技巧可用于集成開關(guān)調(diào)節(jié)器。如果將開關(guān)控制器與外部mosfet配合使用,也可將電阻插入柵極驅(qū)動走線中。電阻值通常小于100 ω。
      圖2.使用自舉電阻減慢異步降壓轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)轉(zhuǎn)換。
      但是,大多數(shù)開關(guān)調(diào)節(jié)器都是具有高邊和低邊有源開關(guān)的同步開關(guān)調(diào)節(jié)器。此處,在cboot路徑中使用電阻無法明顯減慢開關(guān)轉(zhuǎn)換。如果此處還是使用與cboot并串聯(lián)的電阻(如圖3所示),則也將減慢高邊開關(guān)的開關(guān)轉(zhuǎn)換。但是,這可能導(dǎo)致低邊開關(guān)沒有*關(guān)閉。因此,邊開關(guān)和低邊開關(guān)可能同時瞬間打開。這將導(dǎo)致輸入電壓到接地之間出現(xiàn)破壞性短路。這一點尤為關(guān)鍵,因為開關(guān)轉(zhuǎn)換速度也受到工作溫度等參數(shù)和半導(dǎo)體制造中的可變性的影響。因此,即使是在實驗室測試,也無法保證安全操作。要減慢具有集成開關(guān)的同步開關(guān)調(diào)節(jié)器的開關(guān)轉(zhuǎn)換,應(yīng)使用可通過內(nèi)部電路直接設(shè)置開關(guān)轉(zhuǎn)換速度的同步開關(guān)調(diào)節(jié)器。例如adi公司的adp5014。在這些集成電路中,可在內(nèi)部確保:在減慢開關(guān)轉(zhuǎn)換時,兩個開關(guān)不同時導(dǎo)通,因此也不會發(fā)生短路,并且在cboot路徑中都沒有電阻。
      圖3.由于開關(guān)轉(zhuǎn)換減慢而可能短路的同步降壓轉(zhuǎn)換器。
      關(guān)于快速開關(guān)轉(zhuǎn)換,近年來有一個非常重要的創(chuàng)新不容忽視。adi公司的silent switcher技術(shù)使快速開關(guān)邊沿的電磁輻射大幅降低,高達40 db(10,000倍)。因此,可開發(fā)出具有超快邊沿且僅有更小emc問題的開關(guān)模式電源。在大多數(shù)情況下,silent switcher器件無需為了減少emi而降低開關(guān)轉(zhuǎn)換速度。通過silent switcher技術(shù),在很大程度上消除了在更大轉(zhuǎn)換效率和更小電磁干擾之間進行權(quán)衡的難題。
      作者簡介
      frederik dostal曾就讀于德國埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開始工作,涉足電源管理業(yè)務(wù),曾擔任各種應(yīng)用工程師職位,并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年,負責開關(guān)模式電源。他于2009年加入adi公司,并在
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