2.4 通过压摆率控制改善 EMI

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大家好，欢迎观看 TI 的低 EMI 系列培训。

我是 Sam Jaffe，在这段简短的视频中，

我们将讨论真正的压摆率控制。

首先，我们通过一些背景知识

了解压摆率控制如何帮助改善 EMI 性能。

先来了解下不同波的谐波含量。

正弦波具有基波，

没有额外的谐波。

梯形波具有基波，

并且谐波将以每十倍频程-40dB 的速率滚降，

如左侧图中所示。

在右侧图上，我们可以

看到一个方波，它具有基波，

并且谐波将以每十倍频程-20dB 的速率滚降。

但是，实际的方波是没有锐边的。

它们会有一些上升和下降时间，

我们称之为压摆率。

在接近和超过压摆率时间的频率下，

方波看起来像梯形波，

因此，它会以每十倍频程-40dB 的速率滚降。

如果我们降低压摆率，就可以

将每十倍频程-20dB 到 -40dB 的

压摆率转换为较低的频率，

这将在更高频率的

发射中为我们提供更大的裕度。

那么，我们如何在电路中实施此方法呢？

下面是轻松处理具有外部 FET 的控制器的

一个方法。

我们加入一个与 FET 栅极串联的电阻器，

使栅极电容的充电速度降低，

进而减慢FET 的开启时间。

LM5140 降压控制器甚至对两个 FET 采用不同的

同步引脚和源极引脚，可以调节两个 FET 的

上升及下降压摆率。

我们可以在这些图表中看到显著的

EMI 改进。

遗憾的是，这一特性并非没有代价。

延长 FET 的转换时间会增加

每个开关周期的转换损失。

这会增加功耗，

进而降低效率，加剧散热问题，

从而限制压摆减缓程度。

幸运的是，在大多数情况下，

我们可以看到数 dB 的改进，而效率仅降低 1% 左右。

但是，如果我们使用具有外部 FET 的

转换器，应该怎么做？

在这种情况下，我们需要移动电阻器，

但我们可以将其与启动电容器串联放置，

从而仍然使之与高侧栅极充电路径保持串联。

此启动电阻器是一种降低 EMI 的常用方法。

您可以看到，左侧C4 是启动电容器，

R4 是我们的启动电阻器。

通常，我们将使用10 欧姆或更低的值，

有时高达 20。

这是一种很有效的压摆率控制方法，

但它会带来一些难题。

首先是功率损耗，这是我们以前存在的问题，

未来还会继续存在。

第二是布局。

启动引脚有噪声，而增加一个电阻器会

加大表面积，进而导致更多电容耦合 EMI，

这将损害高频 EMI 结果。

压摆 EMI 的改进将克服这一问题，以及其他问题，

但这并不理想。

第三是启动 UVLO，即启动欠压锁定。

大多数转换器会感应启动电压，

如果它们感应到启动

电压过低，则会中断开关周期以

切换低电平，从而为电容器充电。

问题是该电阻器上的电压将会有一定的压降，

下降幅度与其电阻成正比，这意味着如果电阻器

过大，则器件可能会错误地达到启动 UVLO 阈值，

并且不会正确调节。

这会导致您只能有限地

减缓压摆，而不担心达到

启动 UVLO 阈值。

幸运的是，我们较新的器件，

如 LM61460-Q1和 LM62460-Q1

36 伏汽车类降压转换器，

具有专用的 RBOOT 引脚以实现真正的压摆率控制。

器件会感应此电阻，

然后相应地调整高侧驱动强度。

可以选择任何电阻器谷值，

无论是短路还是开路，前者会导致大约 3 纳秒的

最快压摆，后者会导致

大约 20纳秒的压摆，

这超过了任何人需要的压摆时间。

这使器件能够感应真正的启动电容器电压，

并且不会错误地从压摆率控制达到启动 UVLO

阈值。

下面是一个 LM62440-Q1降压转换器的开关节点示例，

左侧为大约3 纳秒的最快压摆，

而右侧为典型的压摆率降低值，

大约为 6 纳秒。

这使得在数百兆赫兹范围内

EMI 大约改善了 2dB 到 3dB 微伏，

而效率降低了不到 1%。

此示例展示了LM61495-Q1 降压转换器。

300 欧姆。

我们启动效率降低了不到 1%，

并且使高频EMI 结果

实现了数 dB 的改进。

这可能是一个极其方便的特性，

通过调整，可以为您实时带来数 dB 的 EMI 裕度。

概括来说，我们讨论了压摆率控制、

它如何能够以效率为代价提高 EMI，

以及真正压摆率控制的可用性和

优点。

谢谢观看。

请查看我们本系列中的其他主题，

从而帮助您在设计中进一步降低 EMI。

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大家好，欢迎观看 TI 的低 EMI 系列培训。

我是 Sam Jaffe，在这段简短的视频中，

我们将讨论真正的压摆率控制。

首先，我们通过一些背景知识

了解压摆率控制如何帮助改善 EMI 性能。

先来了解下不同波的谐波含量。

正弦波具有基波，

没有额外的谐波。

梯形波具有基波，

并且谐波将以每十倍频程-40dB 的速率滚降，

如左侧图中所示。

在右侧图上，我们可以

看到一个方波，它具有基波，

并且谐波将以每十倍频程-20dB 的速率滚降。

但是，实际的方波是没有锐边的。

它们会有一些上升和下降时间，

我们称之为压摆率。

在接近和超过压摆率时间的频率下，

方波看起来像梯形波，

因此，它会以每十倍频程-40dB 的速率滚降。

如果我们降低压摆率，就可以

将每十倍频程-20dB 到 -40dB 的

压摆率转换为较低的频率，

这将在更高频率的

发射中为我们提供更大的裕度。

那么，我们如何在电路中实施此方法呢？

下面是轻松处理具有外部 FET 的控制器的

一个方法。

我们加入一个与 FET 栅极串联的电阻器，

使栅极电容的充电速度降低，

进而减慢FET 的开启时间。

LM5140 降压控制器甚至对两个 FET 采用不同的

同步引脚和源极引脚，可以调节两个 FET 的

上升及下降压摆率。

我们可以在这些图表中看到显著的

EMI 改进。

遗憾的是，这一特性并非没有代价。

延长 FET 的转换时间会增加

每个开关周期的转换损失。

这会增加功耗，

进而降低效率，加剧散热问题，

从而限制压摆减缓程度。

幸运的是，在大多数情况下，

我们可以看到数 dB 的改进，而效率仅降低 1% 左右。

但是，如果我们使用具有外部 FET 的

转换器，应该怎么做？

在这种情况下，我们需要移动电阻器，

但我们可以将其与启动电容器串联放置，

从而仍然使之与高侧栅极充电路径保持串联。

此启动电阻器是一种降低 EMI 的常用方法。

您可以看到，左侧C4 是启动电容器，

R4 是我们的启动电阻器。

通常，我们将使用10 欧姆或更低的值，

有时高达 20。

这是一种很有效的压摆率控制方法，

但它会带来一些难题。

首先是功率损耗，这是我们以前存在的问题，

未来还会继续存在。

第二是布局。

启动引脚有噪声，而增加一个电阻器会

加大表面积，进而导致更多电容耦合 EMI，

这将损害高频 EMI 结果。

压摆 EMI 的改进将克服这一问题，以及其他问题，

但这并不理想。

第三是启动 UVLO，即启动欠压锁定。

大多数转换器会感应启动电压，

如果它们感应到启动

电压过低，则会中断开关周期以

切换低电平，从而为电容器充电。

问题是该电阻器上的电压将会有一定的压降，

下降幅度与其电阻成正比，这意味着如果电阻器

过大，则器件可能会错误地达到启动 UVLO 阈值，

并且不会正确调节。

这会导致您只能有限地

减缓压摆，而不担心达到

启动 UVLO 阈值。

幸运的是，我们较新的器件，

如 LM61460-Q1和 LM62460-Q1

36 伏汽车类降压转换器，

具有专用的 RBOOT 引脚以实现真正的压摆率控制。

器件会感应此电阻，

然后相应地调整高侧驱动强度。

可以选择任何电阻器谷值，

无论是短路还是开路，前者会导致大约 3 纳秒的

最快压摆，后者会导致

大约 20纳秒的压摆，

这超过了任何人需要的压摆时间。

这使器件能够感应真正的启动电容器电压，

并且不会错误地从压摆率控制达到启动 UVLO

阈值。

下面是一个 LM62440-Q1降压转换器的开关节点示例，

左侧为大约3 纳秒的最快压摆，

而右侧为典型的压摆率降低值，

大约为 6 纳秒。

这使得在数百兆赫兹范围内

EMI 大约改善了 2dB 到 3dB 微伏，

而效率降低了不到 1%。

此示例展示了LM61495-Q1 降压转换器。

300 欧姆。

我们启动效率降低了不到 1%，

并且使高频EMI 结果

实现了数 dB 的改进。

这可能是一个极其方便的特性，

通过调整，可以为您实时带来数 dB 的 EMI 裕度。

概括来说，我们讨论了压摆率控制、

它如何能够以效率为代价提高 EMI，

以及真正压摆率控制的可用性和

优点。

谢谢观看。

请查看我们本系列中的其他主题，

从而帮助您在设计中进一步降低 EMI。