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[導讀]開關穩壓器可以採用單片結構,也可以通過控制器構建。在單片式開關穩壓器中,各功率開關(一般是MOSFET)會集成在單個硅芯片中。使用控制器構建時,除了控制器IC,還必須單獨選擇半導體和確定其位置。選擇MOSFET非常耗費時間,且需要對開關的參數有一定了解。使用單片式設計時,設計人員無需處理這些問題。


開關穩壓器可以採用單片結構,也可以通過控制器構建。在單片式開關穩壓器中,各功率開關(一般是MOSFET)會集成在單個硅芯片中。使用控制器構建時,除了控制器IC,還必須單獨選擇半導體和確定其位置。選擇MOSFET非常耗費時間,且需要對開關的參數有一定了解。使用單片式設計時,設計人員無需處理這些問題。

此外,相比高度集成的解決方案,控制器解決方案通常會佔用更多的電路板空間。所以,毫不意外多年來人們越來越多地採用單片式開關穩壓器,如今,即使對於更高功率,也有大量的解決方案可供選擇。圖1左側是單片式降壓轉換器,右側是控制器解決方案。

圖 1. 單片式降壓轉換器(左);帶外部開關的控制器解決方案(右)。

雖然單片式解決方案需要的空間較少,也簡化了設計流程,但另一方面,控制器解決方案的優勢是更加靈活。設計人員可以為控制器解決方案選擇經過優化、適合特定應用的開關管,也可以控制開關管的柵級,所以能夠通過更巧妙地部署無源組件來影響開關邊沿。此外,控制器解決方案適合高功率,因為可以選擇大型分立式開關管,且開關損耗會遠離控制器IC。

但是,除了這些熟知的單片式解決方案的有利和不利因素之外,還有一個因素容易忽略。在開關穩壓器中,所謂的熱迴路是實現低輻射的決定因素。在所有開關穩壓器中,應儘量優化EMC。實現優化的基本原則之一是:最小化各個熱迴路中的寄生電感。在降壓轉換器中,輸入電容和高壓側開關之間的路徑,高壓側開關和低壓側開關之間的連接,以及低壓側開關和輸入電容之間的連接都是熱迴路的一部分。它們都是電流路徑,其中的電流隨開關切換的速度而變化。通過快速的電流變化,因寄生電感形成電壓偏移,可以作為干擾耦合到不同的電路部分。

所以,這些熱迴路中的寄生電感必須保持儘可能低。圖2用紅色標出各熱迴路路徑,左側為單片式開關穩壓器,右側為控制器解決方案。我們可以看到,單片式解決方案具有兩大優勢。一,其熱迴路比控制器解決方案的熱迴路小。二,高壓側開關和低壓側開關之間的連接路徑非常短,且只在硅芯片上完成走線。兩者相比,對於帶控制器IC的解決方案,連接的電流路徑必須通過封裝的寄生電感佈線,通常採用的鍵合線和引線框架具有寄生電感。這會導致更高的電壓偏置,以及更差的EMC性能。

圖 2. 單片式開關穩壓器(左)和帶控制器IC的解決方案(右),每個都有一些不同形式的熱迴路。


結論

因此,單片式開關穩壓器具備額外的,少為人知的EMI優勢。這種干擾有多強,對電路有什麼影響,具體取決於許多其他參數。但是,就EMC性能而言,單片式開關穩壓器和帶控制器IC的解決方案之間存在差異,這一點值得考慮。

原文轉自亞德諾半導體


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