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轿车和工业运用中怎么运用转化速率操控EMI

许多工业和汽车应用中都使用了同步降压转换器电源拓扑结构;此类应用还要求具有低传导放射和辐射放射特性,以确保电源不会干扰共用同一…

  许多工业和轿车运用中都运用了同步降压转化器电源拓扑结构;此类运用还要求具有低传导放射和辐射放射特性,以保证电源不会搅扰共用同一条总线的其它设备(输入电压 [VIN])。例如,在轿车信息文娱体系中,电子搅扰(EMI) 会在轿车立体音响中宣布挠人的噪音。

  图1显现了同步降压转化器的原理图以及其开关节点波形。高侧MOSFET的开关速度和高侧/低侧MOSFET与印刷电路板(PCB)杂散电感和电容都具有在开关节点波形到达峰值时振铃的功用。而咱们不需求开关节点波形振铃,由于它会增大低侧MOSFET的电压应力,并发生电磁搅扰

  

  图1:同步降压转化器

  为了确认图1中降压转化器的开关节点振铃与其所发生电磁搅扰之间的联系,我依照国家无线电搅扰特别委员会(CISPR) 25 Class 5的规则进行了传导放射测验。图2显现了测验的成果。测得的数据显现:在30MHz-108MHz的频率范围内,降压转化器的传导放射值比Class 5约束高出了15dBµV。

  

  图2:CISPR 25 Class 5, 30MHz-108MHz,降压转化器 VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT= 5A

  要下降电磁辐射,首要要下降开关节点的振铃噪声。有以下几种办法:首要减缓MOSFET的接通和封闭时刻,然后操控开关节点的上升和下降时刻。在串联电阻器(RHO与RLO)上加装MOSFET的极引线即可完成该功用;参见图3。第二步是在开关节点与接地之间加装一个缓冲器(RSUB与CSUB)。缓冲器电路能够在转化过渡期间按捺寄生电感和%&&&&&%。

  

  图3:接通和封闭电路

  除运用上述办法来下降开关节点振铃噪音外,还有另一种办法,便是运用LM5140-Q1契合轿车运用要求的同步降压操控器。LM5140-Q1的一大重要特性是转化速率操控。经过引出驱动器的源侧和接纳侧引线,能够独立操控高/低侧MOSFET的接通和封闭时刻。

  在低侧MOSFET封闭和高侧顶部MOSFET接通期间,开关节点电压从接地升至VIN。假如高侧顶部MOSFET接经过快,则在过渡时开关节点电压会过冲。增大RHO电阻能够下降高侧MOSFET的驱动电流,减缓该MOSFET的接通时刻,一起有助于下降开关节点振铃噪音。留意:减慢高侧MOSFET的封闭时刻会增大开关损耗。在低电磁辐射和高侧MOSFET的开关损耗之间选用RHO时,需求做一个权衡折衷。

  低侧MOSFET损耗包含RDS(ON)损耗、空载时刻损耗和MOSFET内部体二极管的损耗。空载(高/低侧MOSFET均处于封闭状况)时,低侧MOSFET的内部体二极管可传导感应器电流。一般情况下,MOSFET的内部体二极管都有较高的正向电压降,因而其功率会大幅下降。而缩短低侧MOSFET内部体二极管传导电流的时刻能够进步功率。

  运用转化速率操控能够在LM5140-Q1驱动器输出(LO引脚)和低侧MOSFET栅极之间刺进一个电阻器(ROL),用来延伸低侧MOSFET封闭所需的时刻。减慢封闭时刻能够削减低侧和高侧MOSFET传导的空载时刻,进步降压转化器的功率。缩短同步降压的空载时刻时,切勿一起传导高侧和低侧MOSFET。

  

  图4:降压转化器开关节点波形和转化速率操控

  我运用LM5140-Q1操控器(参见图4)改装了图1所示的电源。运用转化速率操控优化开关节点的上升和下降时刻,消除了开关节点的振铃噪音。

  下一步是进行CISPR 25 Class 5传导放射。我选用了以下转化速率操控电阻器值:RHO = 10?, RHOL = 0?, RLO = 10? 和 RLOL= 10?。挑选用于此运用的电阻器关于输入功率低于50W的任何运用来说都是一个很好的起点。

  图5显现了传导放射测验的成果和总结。

  

  图5:转化速率操控比较:CISPR 25 Class 5, VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 5A,无转化速率操控(a)和有转化速率操控(b)

  降压转化器凭借LM5140-Q1和转化速率操控将传导放射下降了21dBµV。此外还增强了对开关节点上升和下降的操控,一起无需运用缓冲电路,下降了电路的复杂性和本钱。

  挑选出转化速率操控电阻器的正确值,不只能够下降电磁辐射,还能一起进步体系的功率。

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