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开关稳压器既能供电又具有超低噪声

已有 150 次浏览2019-6-6 16:16

  由于 DC/DC 电源效力高、尺寸小,以是它们是首选的电压转换措施。不外效力前进惹起了附带的传导和电磁滋扰辐射(EMI)效果。这类 EMI 是转换历程当中阻拦高频切换的副产物。EMI 在系统中惹起噪声,还能够招致难以知足羁系尺度。有许多请求苛刻的应用须要在电源噪声极低的情形下使命。
  人们曾经接纳了许多处置赏罚赏罚开关噪声的措施,网罗接纳加倍严重年夜的拓扑、增添特此外组件和质料以滤除或樊篱高频重量的影响、仔细推敲印刷电路板结构、闪开关频率发生高频哆嗦以降低匀称辐射 (虽然不是降低峰值辐射)。 这些处置赏罚赏罚妄图引入了各自的效果并前进了资源,而且经常须要超出浅易工程师手艺规模的特定专长。
  开关稳压器控制器 LT1683 和 LT1738 经由历程控制主开关的电流和电压转换率,在效果的泉源降低了噪声。让这些转换率遭到控制,就历泉源扫除输入电压和输入和输入电流中的许多高频谐波能量。用户以最好要领设置转换率,以在噪声和转换器效力之间取得平衡,最好设置仅需损掉落几个百分点的效力。由于在泉源的效果取得处置赏罚赏罚,以是设计可更质朴和更稳固。
  LT1683 加上两个外部 MOSFET 开关完成推挽拓扑,而 LT1738 用单个外部 MOSFET 完成单开关拓扑。由于开关在外部,以是用户可以完全控制电源的电压和电流转换率。
  转换控制的魅力
  尺度开关电压方波旌旗暗记的傅里叶剖析显示,谐波峰值以 20dB/dec 从基频泉源滚降。假定该方波的边缘被转换而成为梯形,则将在1/tSLEW 发生第二个20dB/dec 滚降(其中,tSLEW 是波形转换所需的时间)。
  在开关形式电源中,年夜多数 EMI/噪声都是因电源开关的切换行动发生的。为了完成高效力,浅易都尽能够突然地阻拦这类转换,然则让这些转换边缘可在太过损掉落效力的情形下极年夜地降低噪声。是以,寻衅是若何准确地转换开关电压和开关电流。电压转换经常在开关中发生容性耦合,而电流转换则发生磁性耦合。减轻这两种耦合对组成噪声异常低的开关是相当主要的。
  在有电感负载的浅易切换周期中,开关接通,电流上升直到开关从电感器罗致电流,然后电压泉源降低。是以,我们欲望对电流阻拦转换,然后结实地切换至电压转换。开关断开时,历程应当是相反的。
  LT1683 和 LT1738 用双反映环路阻拦转换控制。图 1 意味性地显示了单通道的面目。电压转换控制由一个应用外部电容器 CV 的质朴积分器和充电或放电电流 IVSL 完成,IVSL 基于用户界说的外部电阻 RVSL。
  图1:LT1683/LT1738 转换控制(单通道)。
  电流转换控制用以下措施阻拦。检测电阻上发生的电压被镌汰年夜并经由历程外部电容器 CC 差分化。这样 CC 中的电流就与 dl/dt 成正比。这个电流的值限制为 ICSL,ICSL 基于用户界说的外部电阻 RCSL。CC 中的电流幅度转换为与 IVSL 成正比的电流,并加到积分节点(Cap 引脚)上以控制开关。在这类措施中,转换率既遭到调治,相互之间又有联系,以完成快速和高效力的通断转换。
  超低噪声 48V 至 5V 转换器
  图 2 是在推挽正向转换器拓扑中接纳 LT1683 的转换器原理图。LT1683 含有所有转换器所需的控制电路:振荡器、误差镌汰年夜器、栅极驱动器和掩护电路。从漏极到 Cap A 和 Cap B 的电容分压器群集可以供应一个有用的 0.33pF 电容器,用于电压转换率反映。电流转换反映在 LT1683 外部阻拦,并用 CS 电压作为其反映(开关电流)。
  图2:LT1683 推挽式转换器。
  推挽拓扑加倍一连地从输入罗致电流,从而降低了传导辐射,是以对低噪声开关是可取的。该转换器的输入噪声如图 3 所示。下面的波形是稳压器的输入电压。噪声由开关的基频主导。当这个重量由附加滤波器进一步滤除后,很显着地看到,开关简直没甚么噪声了,在 2A 输入(带宽 = 100MHz)时残留噪声为眇小的 200uVP-P。
  图3:图 2 电路的 5V 输入噪声。
  LT1683 有许多掩护功效。首先,/SHDN 引脚向电源供应欠压闭锁,确保在允许转换器启动之前输入正常使命。另外,GCL 引脚防止 MOSFET 栅极电压太高并防止 MOSFET 在栅极电压不充实时接通。CS 引脚检测过年夜的开关电流,电流过年夜时 MOSFET 将断开。由于电压转换控制的启事,免去MOSFET漏极上的箝位电路或减振器,而且,开关振铃幅度和一连时间缩减了80% 以上。
  超低噪声 5V 至 12V 升压型转换器
  图 4 所示是接纳 LT1738 的 5V 至 12V/1A 升压型转换器。单个开关供应更质朴的处置赏罚赏罚妄图,价值是噪声略有前进。图 5 显示了 1A 时的输入电压噪声,为异常低的400uVP.P。
  图4:接纳 LT1738 的 5V 至 12V/1A 升压型转换器。
  图5:图 4 电路的 12V输入电压噪声(带宽=100MHz)。
  超低噪声 30W 离线式电源
  图 6 显示了接纳外部开关的无邪性。这个电路接纳 LT1738 和单个高压 MOSFET,是一个 AC 电压(90VAC至 26?VAV)至 12V/2.5A 的转换器。其基本拓扑是反激式转换器,该转换器连同光隔离器一起供应完全的输入电气隔离。变压器上的附加绕组线圈为器件供应电源电压。
  图6:接纳 LT1738 的 5V 至 12V/1A 升压型转换器。
  DANGER: HIGH VOLTAGE:风险:高压
  UNLESS OTHERWISE NOTED: ALL RESISTORS 1206, 5%:除非尚有诠释:所有电阻规格均为 1206、5%
  须要输入滤波器以衰减开关频率谐波并切合 FCC B 类律例请求(LT1738 不衰减这些低频谐波)
  LT1738 的主要优点是,它使榨取高频噪声和 EMI 异常容易。
  输入滤波器用来衰减低频谐波,以使电源切合 FCC B 类律例请求。LT1738 降低高频谐波和 EMI 噪声重量,是以输入滤波器无需接地电容器。
  结论
  凌力尔特公司曾经开发出两个控制器,以赞助设计师自尊地应对超低噪声应用。LT1683 和 LT1738 不只具有浅易的控制器功效,还能限制开关中的主要 EMI 重量,是以异常容易降低输入噪声。DC/DC 转换器现在可用于周详仪表、噪声敏感的宽带通讯装备等应用领域,而没有与浅易转换器设计妄图有关的噪声影响不愿定的效果。
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