一站式电子元器件采购平台

华强商城公众号

一站式电子元器件采购平台

元器件移动商城,随时随地采购

华强商城M站

元器件移动商城,随时随地采购

半导体行业观察第一站!

芯八哥公众号

半导体行业观察第一站!

专注电子产业链,坚持深度原创

华强微电子公众号

专注电子产业链,
坚持深度原创

电子元器件原材料采购信息平台

华强电子网公众号

电子元器件原材料采购
信息平台

扩频双开关减少电磁干扰

来源:analog 发布时间:2024-01-24

摘要: 开关DC/DC电源由于其高效率,减少了散热,延长了电池的运行时间,在现代电子设备中越来越受欢迎。

开关DC/DC电源由于其高效率,减少了散热,延长了电池的运行时间,在现代电子设备中越来越受欢迎。然而,电流的快速切换使它们成为额定和传导电磁干扰(EMI)的潜在来源。电磁干扰可以引起各种各样的问题,从相对无害的对电视图像或接收机的噪声的增加到对关键应用中电子设备操作的更严重的损害。

不幸的是,产生的电磁干扰的数量,以及它是否会产生重大干扰,是不容易量化的,往往要到发展的后期才知道。因此,明智的做法是主动减少潜在的电磁干扰源,以节省以后的故障排除时间。有许多技术可以显著减少电磁干扰,但很少像在开关电源的时钟中使用扩频调频(SSFM)那样简单。

开关稳压器以一个周期接一个周期的方式将功率转移到输出端。在大多数情况下,操作频率要么是固定的,要么是基于输出负载的常数。这种转换方法在工作频率(基频)和工作频率(谐波)的倍数处产生高振幅噪声分量。

降低基频和谐波噪声分量幅度的一种方法是分散工作频率。如果开关器的频率使用扩频频率调制,则电磁干扰的能量会分布在许多频率上,而不是集中在一个频率及其谐波上,从而降低任何给定频率的峰值噪声。LTC3736-1通过集成SSFM振荡器和双同步开关调节器控制器来随机调制其时钟频率来实现这一点。

电路描述

LTC3736-1是一款两相双同步降压DC/DC控制器,需要很少的外部组件。其No R(SENSE) 电流模式架构消除了对电流检测电阻的需求并提高了效率,而无需肖特基二极管。这两个控制器是180度的失相操作,减少了所需的输入电容、功率损耗和噪声。

LTC3736-1几乎与LTC3736完全相同(参见《线性技术杂志》2004年8月刊上的“带跟踪的2相双同步DC/DC控制器在紧凑的占地面积中提供高效率”),除了LTC3736-1有一个内置的SSFM振荡器,可以随机改变其开关频率。

跟踪输入允许第二个输出在启动期间跟踪第一个输出(或另一个电源),允许LTC3736-1满足许多微处理器,fpga, dsp和其他数字逻辑电路的上电要求。LTC3736-1可以在2.7V和9.8V之间的输入电压下工作,并提供低规格4mm × 4mm无引线QFN封装和24引线窄SSOP封装。

使用LTC3736-1的典型应用电路如图1所示。该电路从一个3.3V输入电源提供两个稳压输出。连接到FREQ引脚的2200pF电容用于滤波和平滑LTC3736-1内部SSFM振荡器频率的突然变化。这使得稳压器的反馈控制回路有时间调整到频率变化,而不会对输出电压纹波或调节产生不利影响。数字输入控制引脚SSDIS用于禁用SSFM振荡器并强制LTC3736-1以恒定频率工作以进行调试。表1总结了如何使用LTC3736-1的SSDIS和FREQ引脚。


图1所示 3.3V至2.5V和1.8V双DC/DC转换器,扩频调频(SSFM)。该电路仅使用陶瓷电容器,不需要电流感测电阻或肖特基二极管。

表1 LTC3736-1的开关频率
ssdi销频率销开关频率
接地滤波电容器(例如,2200pF)扩频(450kHz至580kHz)
V(中)浮动常数550千赫
V(中)V(中)常数750千赫
V(中)接地常数300千赫

图2显示了LTC3736-1在启用和未启用SSFM时的光谱比较。这些显示了使用峰值测量技术的输出电压的频谱分析仪视图。如果没有SSFM,输出的大部分信号能量出现在550kHz的开关频率及其谐波上。启用SSFM后,能量在许多频率中传播,谐波峰值减弱或消失。


图2 图1电路在启用和不启用SSFM时的输出电压谱。注意,启用SSFM后谐波峰值减小。

图3显示了显示基频的光谱放大。启用SSFM后,输出信号能量从450kHz到580kHz几乎均匀分布,峰值能量比禁用SSFM时的550kHz峰值低20dB以上。换句话说,启用SSFM后,任何特定高频的电磁干扰能量的振幅都小于禁用SSFM时单个固定频率的十分之一。这些较低幅度的频率分量减少了潜在干扰的数量。


图3 放大输出电压频谱显示基频。注意,启用SSFM后峰值噪声降低了20dB。

对瞬态响应、纹波、效率或跟踪无不利影响

实现SSFM切换器的最大困难之一是确保随机变化的频率不会导致调节器的控制回路变得不稳定。这可以表现为显著增加的输出电压和电感电流波纹,或者更糟的是,完全不稳定和失去调节。LTC3736-1证明了这些挑战已经被克服,更好的是,外部所需要的只是连接到FREQ引脚的单个电容器。

图4显示了图1中电路在启用和不启用SSFM时的输出电压纹波。请注意,由于SSFM不断改变LTC3736-1开关频率,因此很难使用静态示波器快照显示SSFM的真实行为-视频将提供更多信息。


图4 输出电压纹波为1.8V输出使用“包络”示波器功能。

尽管如此,图4中的示波器轨迹是使用“包络”示波器函数获得的,它显示了随着频率的变化,原始波形和尾随波形的边缘相互融合。启用SSFM后的峰对峰纹波确实会略有增加,但这是预料之中的,因为输出纹波与开关频率成反比,而且SSFM引入了一些低于单个固定550kHz频率的频率。尽管从这个静态快照中不容易检测到它,但请注意,虽然频率在变化(可以将SSFM视为引入频率抖动),但占空比是恒定的。换句话说,在LTC3736-1上启用SSFM时,没有占空比抖动或次谐波不稳定。

图5比较了图1中电路在启用和未启用SSFM时的效率。图6显示了负载步骤瞬态,图7显示了启用SSFM后跟踪启动波形。在所有情况下,LTC3736-1的行为都不受SSFM添加的影响。


图5 图1电路的效率。启用SSFM后差别不大。


图6  图1电路在启用SSFM时的负载阶跃响应。


图7 启动图1的电路,显示两个电源跟踪与SSFM启用。

结论

LTC3736-1是一款易于使用的双同步开关DC/DC控制器,只需要很少的外部组件。此外,它还具有一个内部扩频振荡器,可以随机改变控制器的开关频率,为减少电源引起的电磁干扰提供了一个简单的解决方案,否则可能需要大量且昂贵的故障排除和重新设计。

声明:本文观点仅代表作者本人,不代表华强商城的观点和立场。如有侵权或者其他问题,请联系本站修改或删除。

社群二维码

关注“华强商城“微信公众号

调查问卷

请问您是:

您希望看到什么内容: