电源管理

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