【導讀】當設計中需要優(yōu)先考慮并盡可能減少EMI（電磁干擾）時(shí)，線(xiàn)性穩壓器可以算得上一種低噪聲解決方案，但考慮到散熱和效率要求其并不適用于該種場(chǎng)景，反而需要選擇開(kāi)關(guān)穩壓器。即使在對EMI敏感的應用中，開(kāi)關(guān)穩壓器通常也是輸入電源總線(xiàn)上的第一個(gè)有源元件，無(wú)論下游變換器如何，它都會(huì )顯著(zhù)影響整個(gè)轉換器的EMI性能。確?？梢酝ㄟ^(guò)電源IC的選取可以抑制EMI并達到效率要求，LT8614 Silent Switcher?穩壓器做到了這一點(diǎn)。
與當前的開(kāi)關(guān)穩壓器相比，LT8614可將EMI降低20dB以上。相比之下，它在30MHz以上的頻率范圍內將EMI降低了10倍的同時(shí)，并未影響等效電路板區域的最小導通、關(guān)斷時(shí)間或效率。它無(wú)需額外的元件或屏蔽即可實(shí)現這一點(diǎn)，代表開(kāi)關(guān)穩壓器設計的一個(gè)重大突破。
解決EMI(電磁干擾)問(wèn)題的可靠方法是對整個(gè)電路使用屏蔽盒。當然，這會(huì )大大增加所需的電路板空間、元件和裝配成本，同時(shí)增加熱管理和測試的復雜度。另一種方法是減緩開(kāi)關(guān)邊緣的速度。但這會(huì )導致效率降低、增加最小導通、關(guān)斷時(shí)間及其相關(guān)死區時(shí)間等不良影響，并影響潛在的電位電流控制環(huán)路速度。
LT8614 Silent Switcher穩壓器在不使用屏蔽盒的情況下達到了所需的效果（見(jiàn)圖1）。LT8614的IQ低至2.5μA，在無(wú)負載的情況下進(jìn)行調節時(shí)，器件消耗的總電源電流為2.5μA，這對始終開(kāi)機的系統非常重要。
圖1. LT8614 Silent Switcher可充分降低EMI/EMC輻射，同時(shí)在高達3MHz 的頻率下實(shí)現高效率（轉換）。
其超低壓差僅受內部頂端開(kāi)關(guān)的限制。與其它解決方案不同，LT8614的VIN-VOUT（輸入輸出電壓）限制不受最大占空比和最小關(guān)斷時(shí)間的限制。如圖6所示，該器件在出現壓降時(shí)會(huì )跳過(guò)關(guān)斷周期，以保持內部頂端開(kāi)關(guān)升壓級電壓持續穩定。
同時(shí)，典型最小工作輸入電壓僅為2.9V（最大為3.4V），使其能夠在降壓狀態(tài)下提供3.3V的電壓。由于LT8614的總開(kāi)關(guān)電阻較低，在大電流情況下，其效率高于同類(lèi)器件。
LT8614(的工作頻率)可以和200kHz至3MHz的外部工作頻率同步。由于交流開(kāi)關(guān)損耗較低，因此它可以在高開(kāi)關(guān)頻率下以最低的損耗工作。在對EMI敏感的應用比如很多汽車(chē)環(huán)境中常見(jiàn)的應用中，達到一個(gè)良好的平衡，并且LT8614可以在A(yíng)M頻段以下工作以達到更低的EMI，或者也可以在A(yíng)M頻段以上工作。在具有700kHz工作開(kāi)關(guān)頻率的設置中，標準的LT8614演示板在CISPR25的5級測量中均未超過(guò)本底噪聲。
圖2. LT8614板在電波暗室中符合CISPR25輻射標準。本底噪聲與LT8614的電磁輻射騷擾相當。
圖2顯示了在12V輸入電壓、3.3V輸出電壓、2A電流、固定開(kāi)關(guān)頻率為700kHz的電波暗室中進(jìn)行測量的結果。為了比較LT8614與另一款開(kāi)關(guān)穩壓器，將該產(chǎn)品與LT8610進(jìn)行對比測量（見(jiàn)圖3）。在GTEM室中，對兩個(gè)器件的標準演示板使用相同的負載、輸入電壓和相同電感進(jìn)行了測試。
圖3. LT8614與LT8610的電磁輻射騷擾 進(jìn)行比較。
可以發(fā)現，與LT8610已經(jīng)很不錯的EMI性能相比，使用LT8614還能再改善20dB，特別是在更加難以管理的高頻范圍。
在時(shí)域中，LT8614在開(kāi)關(guān)節點(diǎn)邊緣的性能良好，如圖4和圖5所示。即使在4ns/div時(shí)，LT8614穩壓器的振鈴也非常小。如圖4所示，相比之下LT8610具有良好的振鈴抑制能力，但與LT8614（圖4）相比，可以看到它在熱回路中存儲的能量更高。
圖4. LT8614 Silent Switcher和LT8610的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)上升 沿的比較。
圖5. LT8614近乎理想的方波開(kāi)關(guān)波形實(shí)現了低噪聲操作。
圖6. LT8614和LT8610的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)的壓降性能。
圖5顯示了13.2V輸入電壓下的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)，以及LT8614如何在開(kāi)關(guān)節點(diǎn)處實(shí)現近乎理想的方波。圖4、圖5和圖6中的所有時(shí)域測量均使用500MHz Tektronix P6139A的探頭，探頭尖端屏蔽緊密連接至PCB的GND平面。兩個(gè)器件都使用了現成的演示板。
LT861x系列的絕對最大輸入電壓額定值為42V，這對于汽車(chē)和工業(yè)環(huán)境非常重要。而在汽車(chē)應用中壓降性能與其（最大輸入電壓額定值）同樣重要。通常，在冷啟動(dòng)情況下，必須支持關(guān)鍵的3.3V邏輯電源。在這種情況下，LT8614 Silent Switcher穩壓器保持了LT861x系列近乎理想的性能表現。如圖6所示，LT8610/11/14器件沒(méi)有采用替代部件的較高欠壓鎖定電壓和最大占空比箝位功能，而是降至3.4V運行，并在必要時(shí)開(kāi)始跳周期。這就會(huì )產(chǎn)生比較理想的壓降性能，如圖7所示。
圖7. LT8614壓降性能。與其他LT861x器件一樣，它的工作 電壓低至3.4V，并在必要時(shí)開(kāi)始跳周期。
LT8614的最低導通時(shí)間為30ns，即使在高開(kāi)關(guān)頻率下也能實(shí)現較大的降壓比。因此，它可以在輸入電壓高達42V的情況下，通過(guò)一次降壓提供邏輯核心電壓。
眾所周知，為了在系統設計完成時(shí)能夠通過(guò)電磁干擾測試，在變換器初始設計階段就需要慎重考慮電磁干擾問(wèn)題。LT8614穩壓器可以通過(guò)選擇功率IC，確保成功可行的實(shí)現這一需求。LT8614將當前先進(jìn)的開(kāi)關(guān)穩壓器產(chǎn)生的電磁干擾降低了20dB以上，即使提高轉換效率，也不需要額外的組件或額外的屏蔽。
印刷電路板的布局設計確定了一個(gè)電源的功能、電磁干擾和熱行為，并決定了每一種電源設計的成敗。雖然開(kāi)關(guān)電源的布局不是一門(mén)魔法，但在最初的設計過(guò)程中，它往往會(huì )被忽視。由于必須滿(mǎn)足功能和電磁干擾的要求，有利于電源功能穩定性的因素通常也有利于電磁干擾輻射。要知道，從一開(kāi)始就有良好的布局不僅不會(huì )增加成本，實(shí)際上還可以節約成本，并且不再需要更改EMI濾波器、機械屏蔽、EMI測試時(shí)間和PC板。
EMI發(fā)射有兩類(lèi)：傳導和輻射。傳導發(fā)射通過(guò)電線(xiàn)和走線(xiàn)連接到產(chǎn)品。由于該噪聲局限于設計中的特定端子或連接器，因此通常在開(kāi)發(fā)過(guò)程早期可通過(guò)良好的布局和濾波器設計保證符合傳導輻射要求。
然而，輻射發(fā)射則是另一回事。電路板上任何承載電流的東西都會(huì )輻射電磁場(chǎng)。電路板上的每一條走線(xiàn)都是一根天線(xiàn)，每個(gè)銅層都是一個(gè)鏡子。除了純正弦波或直流電壓以外，任何其他東西都會(huì )產(chǎn)生較寬的信號頻譜。即使精心設計，開(kāi)發(fā)人員在系統測試之前，也無(wú)法真正知道輻射發(fā)射情況會(huì )有多嚴重。輻射發(fā)射測試只有在設計基本完成后才能正式進(jìn)行。
濾波器通常會(huì )在一定頻率或在一定頻率范圍內衰減信號強度來(lái)降低電磁干擾。通過(guò)添加金屬板作為磁屏蔽，可以衰減空間（輻射）的一部分能量。通過(guò)添加鐵氧體磁珠和其他濾波器抑制PCB走線(xiàn)（傳導）的低頻部分的能量。EMI無(wú)法消除，但可以衰減到其他通信和數字器件能夠接受的水平。此外，一些監管機構通過(guò)實(shí)施相關(guān)標準來(lái)確保合規。
采用表面安裝技術(shù)的現代輸入濾波器擁有比通孔器件更好的性能。但是，這種改善跟不上開(kāi)關(guān)穩壓器工作頻率增加的步伐。更高的效率、較短的導通和關(guān)斷時(shí)間以及更快的開(kāi)關(guān)轉換，導致諧波含量更高。所有其他參數（如開(kāi)關(guān)容量和轉換時(shí)間）保持不變時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率每增加一倍，EMI便惡化6dB。如果開(kāi)關(guān)頻率增加10倍，寬帶EMI性能就會(huì )像一階高通濾波器一樣，輻射增加20dB。
精明的PCB設計人員會(huì )將熱環(huán)路變小，并讓屏蔽接地層盡可能靠近有源層。盡管如此，器件引腳排列、封裝結構、散熱設計的需求以及在去耦元件中儲存充足能量所需的封裝尺寸都要求盡可能減小熱環(huán)路。在典型平面印刷電路板設計中更為復雜的是，由于頻率越高，不良的磁耦合或天線(xiàn)耦合就越顯著(zhù)，因此走線(xiàn)之間高于30MHz的磁性或變壓器式耦合會(huì )削弱所有濾波器的作用。
當多個(gè)直流/直流開(kāi)關(guān)模式穩壓器并聯(lián)，以實(shí)現均流和更高的輸出功率時(shí)，潛在的干擾和噪聲問(wèn)題可能會(huì )變得更加嚴重。如果所有的穩壓器都以類(lèi)似的頻率工作（開(kāi)關(guān)），那么電路中多個(gè)穩壓器產(chǎn)生的綜合能量就會(huì )集中在該頻率及其諧波上。對于PC板上的其他IC和其他系統板這種能量的存在可能會(huì )成為一個(gè)難以解決的問(wèn)題，器件間靠得很近，易受到這種輻射能量的影響。在汽車(chē)系統中，因元器件密集，且經(jīng)常與音頻、射頻、CAN總線(xiàn)以及各種接收系統靠得很近，這種問(wèn)題尤其令人擔憂(yōu)。
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