dcdc续流二极管作用，dcdc续流二极管选择

来源：网络浏览：28 2022-11-05 17:08:01

试着展示了带立式续流二极管的异步转换器是如何实现低辐射的。这里介绍了各种类型的转换器、布局和软件包以及为什么控制开关非常有效。还详细介绍了低EMI评估电路在CISPR 25 5级辐射测试中的通过结果。

个人资料

Silent Switcher转换器为强大、紧凑、安静的DC-DC转换设定了黄金标准。在过去的五年多时间里，我们大量了解了这些低EMI同步降压和升压转换器。这些DC-DC转换器简化了高功率和噪声敏感环境(包括冷启动预升压、大电流LED串驱动和高压功率放大器声音系统)中的系统级EMC设计。与基于控制器的设计相比，单芯片(内置电源开关)升压稳压器提供了更紧凑、更高效的解决方案。通常用于5 V、12 V、24 V的源极电压。

集成同步开关及其在硅芯片1上的独特布局是Silent Switcher转换器的“秘诀”的一部分。板载(集成)开关形成非常微小的热电路，有助于尽可能减少辐射。但是，这可能会增加成本，并不是所有APP应用都需要同步交换机。如果单个电源开关集成在硅芯片上，并使用外部低成本分裂续流二极管作为第二开关，则交换转换器成本将会降低。这在低成本转换器中很常见，如果低辐射非常重要，可以吗？

带有垂直续流二极管的异步转换器仍然可以实现低辐射。如果设计时特别注意散热回路布局和dV/dt交换机的边缘速率，异步转换器有可能实现低EMI交换机APP。需要将减少辐射的附加措施集成到扩频( SSFM )中。单芯片开关稳压器(包括LT3950 60 V、1.5 A异步LED驱动器、LT8334 40 V和5 A异步升压转换器)均具有集成的低端电源开关，但由于外部续流二极管的原因，这些稳压器的功耗较低它的工作原理是什么？

图1(a )异步单芯片升压转换器具有单个热电路，包括外部续流二极管。

) b ) Silent Switcher转换器具有两个(逆)热电路和全集成开关。

续流二极管与死区时间的关系

通过在单芯片转换器中集成一个而不是两个电源开关，可以将芯片大小减少30%到40%。通过减小芯片尺寸可以直接节约硅片的成本，如果能将硅片集成在更小的封装中，可以进一步降低二次成本。一些PCB空间仍然需要外部专用的垂直续流二极管，但这些二极管数量多、可靠性高、价格低廉。在升压转换器中，低VF肖特基二极管在高输出电压和低占空比下具有高效率，可以说性能优于昂贵的高压电力FET。

原因之一可能是死区时间。在典型的同步转换器中，电源开关体的二极管在预设的死区时间内导通，可以防止损坏的可能性。如果在主开关完全关闭之前打开同步开关，则会发生击穿，导致输入或输出(降压或升压)直接对地短路。在高开关频率和最小和最大占空比限值下，死区时间控制是开关设计中的一个限制因素。使用低正向电压的低成本续流二极管后，需要为交换机设置死区时间逻辑——是非常简单的。在大多数情况下，这优于死区时间期间导通的功率开关内部固有的体二极管的正压降。

简单的布局和包装

首先，从简单的单芯片升压转换器可以展示基本的布局。图2的LT3950 60 V、1.5 A LED驱动器具有简单的PCB热电路。该热电路(图3中强调)中仅包含尺寸与小型陶瓷输出电容器相似的分裂塔型续流二极管PMEG6010CEH。这些组件与LT3950 16针MSE封装以及散热板的开关针脚和接地平面紧密接触。这样能充分实现低辐射吗？当然这是公式的一部分。与引线接合16引脚MSE封装紧密的热电路控制SSFM和良好的开关动作(开关电源的迁移非常高速且不会因寄生布线电感而振铃)，可以实现低辐射。

图2.lt3950(DC2788a )异步热电路包括D1续流二极管。

尽管如此，续流二极管和输出电容器仍然紧密贴合在LT3950 16引脚MSE封装上。

突出显示的异步交换节点小而紧凑，但并非不可能。开关节点布局可能是实现低辐射结果的关键。

图3.LT3950 LED驱动器为异步单芯片1.5 A、60 V升压转换器。

升压转换器的热电路(以黄色强调显示)包括不衰减高频辐射的分离塔型续流二极管。

然后，使用异步转换器的单个开关形成SEPIC拓扑(升压和降压)，不仅可以达到预期的升压用途，还可以提高实用性。由于是单开关，如图4和图5所示，很容易切断升压转换器的热电路，并在其中增加SEPIC耦合电容。大多数同步升压转换器的顶部和底部开关永久连接到一个开关节点，因此无法转换为SEPIC。如果关注由耦合电容、续流二极管和输出电容形成的电路，则SEPIC热电路可以保持较小。

图4.LT8334 40 V、5 A异步单板式升压集成电路用于SEPIC应用。

SEPIC转换器的散热电路(以黄色强调)包括分裂塔型续流二极管和耦合电容器，不会减弱辐射。

图5.LT8334单芯片40 V、5 A异步开关，集成在微4 mm 3 mm 12引脚散热增强型DFN封装中。

lt8334sepic(eval-lt8334-az ) )的热电路布局中包括该微型DFN、

陶瓷耦合电容器、陶瓷输出电容器、小型续流二极管。

LT8334异步升压转换器包括集成5 A、40 V开关。该单芯片升压转换器集成电路适用于构建12 V输出SEPIC转换器。图4表示包括耦合电容器C1和耦合电感2个电感线圈的标准型12 V、2 A SEPIC转换器。因为微PMEG4030ER续流二极管D1没有直接附加在开关节点上，所以4.7 F 0805陶瓷隔离耦合电容可以简单地配置在二极管和开关节点之间。在EVAL-LT8334-AZ SEPIC评估板上，热电路的布局仍然很小。保持开关节点的铜面积尽可能小，并且尽可能靠近开关引脚，有利于尽量降低电磁辐射噪声。请注意，整个热回路位于一楼，开关节点或耦合电容器另一侧的耦合开关节点没有通孔。这些交换节点必须尽可能小且尽可能接近，以获得优异的结果。 LT8334的12引脚DFN封装有助于保持尽可能小的散热和辐射。

控制开关非常有效

单芯片(包括开关)开关转换器与SSFM、2 MHz基波开关频率、良好的PCB布局、良好控制的开关组合使用时，可以有效地降低辐射。如果它们足够有效，您可能就不需要利用Silent Switcher体系结构的低放射性巨大优势。 ( Silent Switcher体系结构是超低放射性黄金标准，但并非所有情况下都需要使用它，因为它只是用于通过放射性标准。在LT3950和LT8334中，SSFM基于基波频率上升约20%，以三角形的图案返回。 SFM是低EMI开关稳压器的共同特征之一。 SFM有多种类型，但每种类型的总体目标都是分散辐射能，将峰值辐射和平均辐射降低到所需的限制以下。 2 MHz开关频率的目标之一是将基频开关频率设定为高于对amRF频带( 530 kHz到1.8 MHz )的限制，使得从基波和所有其他谐波产生的辐射不会对RF造成干扰。在不需要考虑AM频段的情况下，可以放心使用更低的开关频率。

内部开关和驱动器不受开关频率的影响，可能会降低开关转换器的EMI性能，因此请小心设计，避免不必要的行为。超高速振铃开关的波形可能在100 MHz到400 MHz的范围内产生额外的辐射，在电磁辐射噪声测量中非常明显。 IC中控制良好的开关不应该像辐射锤一样，而应该像抑制开关边缘的有效橡皮锤一样。控制的电源开关可以以比可能值稍低的速度增减电压和电流。对于单芯片转换器这种控制开关，图6b的2 V/ns开关速率和振铃不足是一个很好的例子。如您所见，该内部开关非常轻柔地接通，达到0 V，此后也不会发生刺耳的振铃。这对LT3950的辐射结果做出了很大贡献(参照以下图9至图11 )。通常，单芯片开关稳压器的最大功率会因开关速度而上升，散热性能会下降。但是，如果能精心设计，就可以做更多的工作。

( a ) ( b ) )。

图6.LT3950控制开关上升压摆率为2 V/ns，下降压摆率为2 V/ns，

有助于维持LED驱动器APP的高效率和低EMI，几乎不会发生交换机节点的振铃。

带门控的异步升压控制器

在某些情况下，大功率DC-DC转换需要在集成电路外部使用控制器和高电压高电流开关。在这种情况下，外部开关的栅极驱动器还在IC内部，但整个开关热电路会移动到IC外部。虽然可以实现创造性的热电路和布局，但是由于分立MOSFET本身的尺寸，热电路本身通常会变大。

LT8357大功率(异步)升压控制器提供24 V，2a ) 48w )，辐射非常低。通过3.5mm3.5mm的低开关频率MOSFET供电，实现高效转换。在密集的热电路(图7 )的基础上，通过上下栅极控制引脚，实现边缘速率控制和辐射降低。使用简单的5.1 电阻RP (在gatep上)，可以降低M1功率MOSFET的开放边缘速率，使电磁波干扰保持尽可能低。当然，一些辐射滤波器和SSFM也有助于减少辐射。 EVAL-LT8357-AZ评估板还提供了额外的辐射屏蔽位置，但在大多数APP应用中可能不需要。该异步升压控制器与单芯片版本非常相似，具有高功率、低EMI升压和sepic APP所需的全部功能。

图7.LT8357高压升压控制器具有纵向栅极端子，

用于分别控制大功率垂直MOSFET开关边沿的上升沿和下降沿。黄色框包围着立式门栓。

图8.7中的LT8357升压控制器具有优良的辐射和高效性能，RP=5.1 ，RN=0 。

通过单独的门驱动销，控制开关打开，可以高速关闭。

图中，红色RP=0，RN=5.1；黄色RP=0，RN=0；

绿色RP=5.1，RN=0；蓝色RP=5.1，RN=5.1。

通过CISPR 25 5五级辐射标准

对低EMI评估电路(如LT3950 DC2788A )进行了大量测试，以评估其电磁辐射和传导辐射。图9至图11显示了测试时SSFM导通，采用12 V输入，25 V LED串中流过330 mA电流的成功放射线测试的结果。探针和电压方法CE的结果都通过了非常严格的限值标准。在交换机上，容易出现调频频段CE挑战，但LT3950不受调频频段的影响。

图9.DC2788A LT3950通过了( a )均值和( b )峰值CISPR 25 5五级传导辐射测试(电流探针方法)。

图10.DC2788A LT3950通过了( a )均值和( b )峰值CISPR 25 5五级传导辐射测试(电压方法)。

图11.DC2788A LT3950通过了( a )均值和( b )峰值CISPR 25 5级电磁辐射测试。

通过将开关频率设定为2MHz(300khz至2 MHz的可变范围)，基波开关辐射可以毫无问题地维持比amRF频带( 530 kHz至1.8 MHz )高的频带，在前端获取沉重的LC AM频带滤波器可选地，用于LT3950的EMI滤波器可以是小型高频铁氧体磁珠。

虽然热电路有额外的耦合电容，耦合电感有额外的端口，但即使将开关节点数量加倍，LT8334 SEPIC也能保持低辐射。 EVAL-LT8334-AZ SEPIC 12 VOUT评估工具包也使用2 MHz和SSFM，提供低辐射。 EVAL-LT8357-AZ升压控制器可以实现同样的性能。有关这些设备的完整辐射结果、原理图和测试选项，请访问analog.com并访问相应的产品登录页面。表1显示了新的低EMI异步升压和SEPIC转换器系列。单芯片集成电路和控制器集成电路结构简单、成本低，采用多种拓扑结构，具有大功率功能和低辐射，非常实用。如果超低辐射已成为首要要求，也可使用高电流Silent Switcher升压转换器。

表1 .新型低EMI单片机升压转换器，带开关速率控制

结论

同步Silent Switcher和异步单芯片开关稳压器均可用于低辐射APP应用。与超高性能的Silent Switcher转换器相比，异步升压转换器的成本较低。第二个开关被低成本的续流二极管取代，后者在高压下有一定的优势，可以灵活地重新配置在SEPIC上。在功率开关边缘速度得到良好控制并且振铃有限的情况下，小型塑料封装和PCB中精心设计的小型热开关电路区域提供低辐射。这些特性必须与其他低EMI特性(如SSFM和EMI滤波器)结合。即使在高输出升压控制器中，栅极驱动控制也有助于减少和缓和开关边缘以实现低辐射。请特别注意热电路的顶层布局，并明智地选择直流-直流转换器以实现低辐射设计。 ADI公司推出的低EMI升压转换器系列也许能满足客户的需求。