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工业及汽车系统的低EMI电源变换器设计(五)通过控制开关点的Slew Rate有效降低EMI

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欢迎收看工业及汽车系统的 低 EMI 电源变换器设计第五讲 通过控制开关点的 slew rate 有效降低 EMI 在这一讲中 我们来看看如何才能做好 一个低 EMI 的 DCDC 这是个带有 EMI 滤波器的 buck 电路板 关于 EMI 滤波器的设计 我们将会在后面的章节中讨论 我们来看看 如果 DCDC 的输入纹波的峰峰值为9mV 经过 EMI 滤波器后 峰峰值降为140微伏 而且如果输出的电压纹波也足够地小 那么是否就意味着我们的 DCDC 可以通过 EMI 测试呢 其实还不一定 原因是输入输出的纹波噪声 只是其中的两个因素 而更为关键的噪声源实际上是在开关节点上 这是我们熟悉的开关节点的波形 它是一个矩形波 高度为输入电压 也就是说假如你的 DCDC 的 输入电压为 12V 输入电压纹波为 12mV 那么开关节点的波形就是 一个高度为 12V 的矩形波 为输入纹波的一千倍 由此可见这么大的一个噪声源 是不可以被忽略的 不仅如此 矩形波还包含无数的高频谐波分量 比起输入纹波 更难被输入 EMI 滤波器所滤除 而且这也不是理想的矩形波 开关的初始时刻会有很多的 比开关频率更为高频的过冲尖峰 这些高达几十兆的高频信号 不容易被 EMI 滤波器滤除 会直接通过电场和磁场干扰周围的电路 同时它本身也作为一个天线 向外辐射高频信号 所以我们不希望看到过多的导通尖峰 我们不希望过快的开关速度 那么这些尖峰究竟是如何产生的呢 要想搞清楚这个问题 首先需要明白这是由于 实际电路中存在寄生的电感和电容所导致的 我们来看看实际电路中上管导通的情况 上管导通之前 电感电流是通过下管流经电感到输出端的 这时上管保持关闭 上管的寄生电感中也没有电流 当上管导通时 电感电流改为从 Vin 端经上管过来 由于上管中寄生电感的电流不能突变 上管的近端的电压会被电感电流 在极短的时间内拉得很低 这样就会在寄生电感的两端 建立一个较大的压差 由于寄生电感一般在 nH 的量级 所以这个压差会在寄生电感上 产生比输出电流大很多的电流 正是这个电流在上管的近端 产生了大的电压尖峰 通过上管表现在开关节点上 要想抑制这个尖峰电压 就必须要减小寄生电感和 寄生电感上的峰值电流 我们刚刚提到是 由于寄生电感的电流不能突变 才导致了尖峰电压的 那么只要上管导通速度足够地慢 它就不认为我们的电流是突变的 它就能跟得上 也就不会有尖峰电压了 明白了尖峰电压产生的原理 我们想控制它就相对容易了 如左图所示 我们可以选择不同的上拉电阻和 下拉电阻来调整上管的开关速度 从而控制开关节点的 slew rate 需要特别指出的是 一般的控制 IC 只有一个栅极的控制引脚 而我们的这款控制 IC 则可以分别控制上升和下降的斜率 用起来比较方便 这里是一个具体的测试结果 所用的 IC 为 LM5140 工作频率为 2.2MHz 我们可以清楚地看到 在没有控制开关节点 slew rate 的 EMI 峰峰值为 59dBμV 而加入了开关节点 slew rate 控制的 EMI 测试结果则为 39dBμV 有 20dB 的改善 有 20dB 的改善 可见控制开关节点的 slew rate 对于改善 EMI 效果是非常明显的 这一讲就讲到这,谢谢

欢迎收看工业及汽车系统的

低 EMI 电源变换器设计第五讲

通过控制开关点的 slew rate

有效降低 EMI

在这一讲中

我们来看看如何才能做好

一个低 EMI 的 DCDC

这是个带有 EMI 滤波器的

buck 电路板

关于 EMI 滤波器的设计

我们将会在后面的章节中讨论

我们来看看

如果 DCDC 的输入纹波的峰峰值为9mV

经过 EMI 滤波器后

峰峰值降为140微伏

而且如果输出的电压纹波也足够地小

那么是否就意味着我们的 DCDC

可以通过 EMI 测试呢

其实还不一定

原因是输入输出的纹波噪声

只是其中的两个因素

而更为关键的噪声源实际上是在开关节点上

这是我们熟悉的开关节点的波形

它是一个矩形波

高度为输入电压

也就是说假如你的 DCDC 的

输入电压为 12V

输入电压纹波为 12mV

那么开关节点的波形就是

一个高度为 12V 的矩形波

为输入纹波的一千倍

由此可见这么大的一个噪声源

是不可以被忽略的

不仅如此

矩形波还包含无数的高频谐波分量

比起输入纹波

更难被输入 EMI 滤波器所滤除

而且这也不是理想的矩形波

开关的初始时刻会有很多的

比开关频率更为高频的过冲尖峰

这些高达几十兆的高频信号

不容易被 EMI 滤波器滤除

会直接通过电场和磁场干扰周围的电路

同时它本身也作为一个天线

向外辐射高频信号

所以我们不希望看到过多的导通尖峰

我们不希望过快的开关速度

那么这些尖峰究竟是如何产生的呢

要想搞清楚这个问题

首先需要明白这是由于

实际电路中存在寄生的电感和电容所导致的

我们来看看实际电路中上管导通的情况

上管导通之前

电感电流是通过下管流经电感到输出端的

这时上管保持关闭

上管的寄生电感中也没有电流

当上管导通时

电感电流改为从 Vin 端经上管过来

由于上管中寄生电感的电流不能突变

上管的近端的电压会被电感电流

在极短的时间内拉得很低

这样就会在寄生电感的两端

建立一个较大的压差

由于寄生电感一般在 nH 的量级

所以这个压差会在寄生电感上

产生比输出电流大很多的电流

正是这个电流在上管的近端

产生了大的电压尖峰

通过上管表现在开关节点上

要想抑制这个尖峰电压

就必须要减小寄生电感和

寄生电感上的峰值电流

我们刚刚提到是

由于寄生电感的电流不能突变

才导致了尖峰电压的

那么只要上管导通速度足够地慢

它就不认为我们的电流是突变的

它就能跟得上

也就不会有尖峰电压了

明白了尖峰电压产生的原理

我们想控制它就相对容易了

如左图所示

我们可以选择不同的上拉电阻和

下拉电阻来调整上管的开关速度

从而控制开关节点的 slew rate

需要特别指出的是

一般的控制 IC 只有一个栅极的控制引脚

而我们的这款控制 IC

则可以分别控制上升和下降的斜率

用起来比较方便

这里是一个具体的测试结果

所用的 IC 为 LM5140

工作频率为 2.2MHz

我们可以清楚地看到

在没有控制开关节点 slew rate 的

EMI 峰峰值为 59dBμV

而加入了开关节点 slew rate 控制的

EMI 测试结果则为 39dBμV

有 20dB 的改善

有 20dB 的改善

可见控制开关节点的 slew rate

对于改善 EMI 效果是非常明显的

这一讲就讲到这,谢谢

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工业及汽车系统的低EMI电源变换器设计(五)通过控制开关点的Slew Rate有效降低EMI

所属课程:TI PSDS研讨会课程 发布时间:2017.05.19 视频集数:57 本节视频时长:5:04
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