適當(dāng)?shù)牟季趾驮x擇控制電源 EMI（2）

為了說明開關(guān)穩(wěn)壓器的操作，請(qǐng)考慮一個(gè)典型的同步整流降壓轉(zhuǎn)換器。在正常運(yùn)行期間，當(dāng)高端開關(guān) Q 1導(dǎo)通時(shí)，電路將電流從輸入端傳導(dǎo)到輸出端，當(dāng) Q 1 關(guān)斷且同步整流器 Q 2導(dǎo)通時(shí)，電流 繼續(xù)通過電感器傳導(dǎo) 。電流和電壓波形的一階近似值錯(cuò)誤地假設(shè)所有組件都是理想的，但本文稍后將介紹這些組件的寄生效應(yīng)。

由于 Q 1 僅部分時(shí)間導(dǎo)通，因此輸入源和輸入電容器 C IN 見不連續(xù)電流。C IN在 Q 1開啟時(shí) 提供過電流 (I LOAD –I INPUT ) ，并在 Q 1 關(guān)閉 時(shí)存儲(chǔ)來自輸入電流的電荷。如果 C IN 具有無限值，ESR(等效串聯(lián)電阻)和 ESL(等效串聯(lián)電感)為零，則在這些部分充電和放電循環(huán)期間，其兩端的電壓將保持恒定。實(shí)際電壓在每個(gè)周期內(nèi)波動(dòng)。電流脈沖在 C IN之間劃分 輸入源基于轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率或以上的相對(duì)電導(dǎo)。

消除這些傳導(dǎo)發(fā)射的一種方法是蠻力方法：在輸入端連接低阻抗旁路電容器。然而，一種更巧妙的方法可以節(jié)省成本和電路板面積：在源和轉(zhuǎn)換器之間增加阻抗，確保必要的直流電流可以通過。最好的器件是電感器，但我們應(yīng)該確保轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗在直流和環(huán)路交叉頻率之間保持較低。大多數(shù) dc/dc 開關(guān)轉(zhuǎn)換器的環(huán)路交叉頻率為 10 至 100 kHz。否則，輸入電壓波動(dòng)會(huì)使輸出電壓不穩(wěn)定。

輸出電容 C OUT上的電流紋波 遠(yuǎn)小于 C IN上的電流紋波 。電流幅度較低，與輸入電容器不同，電流是連續(xù)的，因此諧波含量較少。通常，線圈的每一匝都覆蓋有電線絕緣層，在每對(duì)匝之間形成一個(gè)小電容器。串聯(lián)這些寄生電容會(huì)形成一個(gè)與電感并聯(lián)的小型等效電容，它為電流脈沖傳導(dǎo)到 C OUT 和負(fù)載提供了路徑。因此，開關(guān)節(jié)點(diǎn) L X處電壓波形的不連續(xù)邊沿將 高頻電流傳導(dǎo)至 C OUT 和負(fù)載。通常的結(jié)果是輸出電壓出現(xiàn)尖峰，能量范圍為 20 至 50 MHz。

通常，此類轉(zhuǎn)換器的負(fù)載是某種形式的微電子器件，容易受到傳導(dǎo)噪聲的影響，幸運(yùn)的是，轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)噪聲在輸出端比在輸入端更容易控制。與輸入一樣，低阻抗旁路或二次濾波可以控制輸出傳導(dǎo)噪聲。但是，我們應(yīng)該小心二次過濾或后過濾。輸出電壓是控制環(huán)路中的一個(gè)調(diào)節(jié)變量，因此輸出濾波器會(huì)為環(huán)路增益增加延遲、相位或兩者，從而可能使電路不穩(wěn)定。如果在反饋點(diǎn)之后放置一個(gè)高 Q LC 后置濾波器，電感器的電阻會(huì)降低為高 Q LC 濾波器固定的負(fù)載調(diào)整率，并且瞬態(tài)負(fù)載電流可能會(huì)導(dǎo)致振鈴。

分擔(dān)降級(jí)問題

其他開關(guān)轉(zhuǎn)換器拓?fù)渚哂信c降壓轉(zhuǎn)換器類似的問題。例如，升壓轉(zhuǎn)換器具有降壓轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)，但輸入和輸出互換。(我們應(yīng)該注意，整流器充當(dāng)開關(guān)，并在電源開關(guān)關(guān)閉時(shí)打開。)因此，降壓轉(zhuǎn)換器輸入端的問題適用于升壓轉(zhuǎn)換器的輸出端。

降壓轉(zhuǎn)換器受到限制，因?yàn)樗鼈兊妮敵鲭妷罕仨毿∮谳斎腚妷?。同樣，升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓必須大于其輸入電壓。當(dāng)輸出電壓落在輸入電壓范圍內(nèi)時(shí)，這個(gè)要求是有問題的。反激式轉(zhuǎn)換器是解決此問題的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

由于輸入和輸出的電流是不連續(xù)的，這使得傳導(dǎo)發(fā)射更難以控制，因此該轉(zhuǎn)換器的噪聲通常比升壓型或降壓型的更差。該轉(zhuǎn)換器的另一個(gè)問題是每個(gè)變壓器繞組中的電流是不連續(xù)的，這些不連續(xù)性與變壓器的漏感一起產(chǎn)生高頻尖峰，該尖峰可以傳導(dǎo)到其他電路。初級(jí)和次級(jí)繞組的物理分離會(huì)導(dǎo)致這種漏感。因此，空氣中的磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致漏感，因?yàn)殍F芯中的磁場(chǎng)會(huì)耦合初級(jí)和次級(jí)繞組。因此，由漏感引起的尖峰會(huì)引起磁場(chǎng)輻射。

SEPIC(單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器)還解決了輸入和輸出電壓重疊的問題。與反激電路類似，SEPIC 在變壓器初級(jí)和次級(jí)繞組之間連接一個(gè)電容器。該電容器在反激電流關(guān)閉期間為初級(jí)和次級(jí)繞組中的電流提供路徑，并通過使初級(jí)和次級(jí)電流連續(xù)來改善反激電路。另一方面，向反激電路添加輸入或輸出電容可以充分改善其輻射，從而使該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與 SEPIC 一樣可接受。如果我們預(yù)計(jì)傳導(dǎo)和輻射噪聲會(huì)成為問題，我們可能更喜歡 SEPIC 電路而不是反激式轉(zhuǎn)換器。