EMI的工程师指南第9部分—扩频调制

由 cathy 提交于周五, 27 九月 2019 - 11:49

削弱电磁干扰 (EMI) 是所有电子系统中存在的问题。许多规范将电磁兼容性 (EMC) 与适应规定屏蔽下干扰功率谱级的能力相关联，恰恰证明了这一点。尤其是高频开关 DC/DC 转换器，开关换向过程中存在的高转换率电压和电流可能在稳压器自身（EMI 源）以及附近的敏感电路（受 EMI 干扰的设备）中产生严重的传导和辐射干扰。本系列文章的第 5 部分和第6部分回顾了多种适用于非隔离稳压器设计的 EMI 抑制技术。第 7 部分和第 8 部分回顾了隔离设计中的共模 (CM) 噪声及其抑制技术。

一般而言，遵守电磁标准对于开关电源愈发重要，这不仅局限于总光谱能量过大，更多的原因是能量集中在基本开关频率及其谐波的特定窄带中。为此，第 9 部分提出通过扩频调频 (SSFM) 技术将频谱能量分配到频谱中，使基波和谐波噪声峰值幅值变得平整。图 1 所示的扩频效应可作为本系列文章前几部分中介绍的 EMI 抑制技术的补充降噪方法。

EMI的工程师指南第8部分—隔离式DC/DC电路的共模噪声抑制方法

由 cathy 提交于周二, 24 九月 2019 - 10:18

近来，业界对于隔离式 DC-DC 稳压器中高频变压器的性能要求愈发严苛，尤其是在抗电磁干扰 (EMI) 方面。在本系列文章的第 7 部分中，我们详细探讨了隔离式反激稳压器中共模 (CM) 噪声的主要来源和传播路径。

高瞬态电压 (dv/dt) 开关节点是共模噪声的主要来源，而变压器的绕组间分布电容则是共模噪声的主要耦合路径。在第 7 部分中，我们在简单方便的双电容变压器模型基础上，采用共模噪声等效电路来模拟流经变压器电容的位移电流。在此期间，仅需使用一个信号发生器和一个示波器即可提取寄生电容并确定变压器共模噪声性能的特征，而无需进行在线测试。

在第 8 部分，我们将探讨隔离式 DC/DC 电路的共模噪声抑制方法。工作在高输入电压下的转换器（例如，电动汽车车载充电系统、数据中心电源系统和射频功放电源中的相移式全桥转换器和 LLC 串联谐振转换器）会产生较大的共模电流。在采用氮化镓开关器件时，这种情况更为明显，因为此类器件的开关速度 dv/dt 高于硅材质的同类器件。

对于隔离式设计，有多种抑制共模噪声的方法，包括采用对称的电路布局、在初级侧接地端与次级侧接地端之间连接一个电容、加入屏蔽层、增加平衡电容、优化变压器绕组设计以及使用可调节共模噪声消除辅助绕组。本文将以反激电路为重点，逐一解读这些方法。

根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。

线性稳压电源是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下：

开——电阻很小
关——电阻很大

开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升/降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。

LM5036是一款高度集成化的半桥PWM控制器，集成了辅助偏置电源，为电信、数据通信、工业电源转换器提供高功率密度解决方案。LM5036包含使用电压模式控制实现半桥拓扑功率转换器所需的所有功能。该器件适用于隔离式DC-DC转换器的初级侧，输入电压高达100V。与传统半桥及全桥控制器相比，LM5036有着自身不可替代的优势：

(1)、集成辅助偏置电源，为LM5036及初级侧和次级侧元器件供电，无需外部辅助电源，减少电路板尺寸和成本，有助于实现高功率密度和良好的热可靠性。

(2)、增强的预偏置启动性能可实现负载带压启动时，输出电压的单调递增并避免倒灌电流。

(3)、通过脉冲匹配改善了逐周期电流限制，从而在输入电压范围内产生均匀的输出电流限制水平，并且还可以防止变压器饱和。

电流保护篇

脉冲匹配的电流限制保护机制：

恒流限制问题和解决方案：

在逐周期运行期间，当电流感测信号ISENSE达到正阈值IPOS_LIM时，激活CBC电流限制操作。控制器基本上表现为峰值电流模式控制，在CBC操作期间电压回路打开。峰值电流模式控制的一个常见问题是当半桥拓扑的占空比大于0.25（降压转换器为0.5）时出现的次谐波振荡。

开关稳压器连载（8）：开关频率的考虑点

由 cathy 提交于周二, 23 四月 2019 - 09:16

开关稳压器IC使用的开关频率从数十kHz到数百万Hz，最近有些甚至似乎以高频率工作。设计时须以几项条件为基本来选择频率。

第一点是重视效率或重视尺寸的问题。如果将开关频率调高，则外置的电感和电容器将使用较小的，尺寸必然会变小。因此，包含安装面积和高度在内的外形尺寸也会变小，有助于节省空间。不过，开关损耗会通过高速开关増加，故效率会降低几个百分比。尤其对小型便携设备，2个项目就算不想权衡也必须取得平衡使其优化。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-04/博客/100042454-67233-kl1.gif" alt=“图62：内置跟踪功能使用例” ></center><center>图62：内置跟踪功能使用例</center>

开关稳压器连载（7）：保护功能/可编程功能

由 cathy 提交于周一, 22 四月 2019 - 09:32

DC/DC转换器除了理所当然向电路供给电源外，确保电路安全也很重要。近年，DC/DC转换器用的IC几乎都搭载了被认为必备的保护功能。有些保护功能可以由用户调整阈值等支持各种条件。此外，电源电路要支持使用CPU或FPGA等的复合电源的装置对电源接入的顺序和时序需求。为此，具备可编程功能的电源IC。虽然外置电路也可以实现IC所搭载的保护功能或可编程功能，但其设计比电源IC要复杂得多，且需要增加许多零件，并不可行。在这里，介绍代表性保护功能和可编程功能的概述。

保护功能：热关断

热关断是IC的结温达最大额定，就是Tj max的前后时关断电路工作的构造。工作的结温因IC而异，大多被设定在Tj max的前后。关断后的工作模式有自动恢复型和闭锁型2种。

开关稳压器连载（6）：控制方式 (电压模式、电流模式、迟滞控制)

由 cathy 提交于周五, 19 四月 2019 - 09:32

最初已经说明开关稳压器的反馈（feedback）控制方式有电压模式、电流模式、迟滞控制等3种。开关稳压器也与线性稳压器同样通过反馈电路进行稳定化。在这里，加以详细说明。由于各有优点和缺点，因此该选择何种方式必须考虑平衡点。

电压模式

电压模式控制是最基本的方式。透过反馈环路只反馈输出电压。通过以误差放大器和基准电压做比较后所差距的电压再进一步与三角波做比较，决定PWM讯号的脉冲宽度来控制输出电压。此方式的优点在于纯电压的反馈环路可进行较简单的控制、可缩短ON时间、抗噪好。其缺点是，相位补偿电路复杂可能使设计变麻烦。

开关稳压器连载（5）：改善同步整流式的轻负载时效率的功能

由 cathy 提交于周四, 18 四月 2019 - 09:27

前项已经说明，同步式在轻负载时效率会因反向电流而降低。相信大家都希望难得效率高的同步式在轻负载时也能有高效率。尤其是最近，降低待机功耗已成为一大趋势。最轻负载时也即供电中电路处于关断状态的时。如果电源也能关断的话再好不过，只是必须持续给予微小功率，而此时效率低也是一大问题。

不连续模式的增加

同步整流式轻负载时效率改善的方法之一为轻负载时增加以不连续模式工作的功能。想法非常简单，也就是检测出电感电流下降至零附近后将下侧晶体管设为OFF使其不发生逆流（图43）。

开关稳压器连载（4）：同步整流型和异步整流型的区别

由 cathy 提交于周二, 16 四月 2019 - 13:36

DC/DC转换器的非绝缘型降压开关稳压器有前项所说明的异步整流（二极管）式和同步整流式。异步整流式是较早被使用的方式，就开关稳压器而言电路简单但效率却超过80％左右。其后，笔记本电脑等电池驱动且需要较大功率的应用开始要求更高效率，于是可获得高效率的同步整流式开关稳压器用IC被陆续开发，控制或电路极为复杂的同步整流式变得容易设计，逐渐成为主流。同步整流式最大可以获得近95%的效率。

图39和40是两种方式的电路概述和工作。

开关稳压器连载（3）：降压型开关稳压器的工作原理

由 cathy 提交于周一, 15 四月 2019 - 09:58

前项中已经说明开关稳压器可以进行等降压、升堥、升降压、反转等转换，现在接着以最广泛利用的降压型开关稳压器为例说明工作原理。

图31是降压DC/DC转换的概略电路，是借着开关将DC电压VIN做时间分割后以电感和电容器使其平滑化来转换成所希望的DC电压。

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