擴頻降低EMI的DC-DC穩(wěn)壓器電路設計

擴頻降低EMI的DC/DC穩(wěn)壓器電路設計引言在密集排列的系統(tǒng)電路板上，開關模式DC/DC穩(wěn)壓器具有較低的熱耗散。然而，電流的快速切換、定義不完備的布局、電感器等組件的放置和選擇使組成的電路有可能成為主要的EMI（電磁干擾）源。此外，當多個DC/DC開關模式穩(wěn)壓器并聯(lián)潛在的干擾和噪聲問題可能惡化。如果所有組件都在類似的頻率工作（切換），能量都集中在一個頻率上。這種能量的存在可能成為一個隱憂，尤其是當PC板上其余的IC及其它系統(tǒng)電路板互相靠得很近，易受這種輻射能量的影響時。一種解決方案是，將這種能量擴展到很多頻率，而不是集中在一個頻率，從而降低其幅度和強度。這種方案采用了一個擴展頻譜頻率調制（SSFM）時鐘。運用擴頻方法來降低EMI，旨在使時鐘保持運動狀態(tài)。穩(wěn)固時鐘是一個供相鄰器件和符合性測試設備進行鎖定的簡易目標，并為它們提供在固定時鐘頻率或其諧波上累積發(fā)射信號能量所需的時間。此外，一種特殊的模塊化DC/DC開關模式穩(wěn)壓器系統(tǒng)可為密集排列的電路板提供大功率、低熱量以及低EMI電源解決方案。使用在一個基片上的模塊化和預組裝DC/DC開關模式穩(wěn)壓器電路的好處是，通過恰當?shù)亟拥睾妥畲笙薅鹊乜s短電流環(huán)路，同時在一個寬開關頻率范圍內工作來優(yōu)化布局，并實現(xiàn)鎖相環(huán)功能。就最好結果而言，這類器件應該在一個小的封裝中包含所有需要的組件，例如電感器、DC/DC穩(wěn)壓器、MOSFET和補償電路。一種利用微型模塊^Module）DC/DC開關穩(wěn)壓器（即完整的DC/DC開關穩(wěn)壓器系統(tǒng)級封裝）的新技術可實現(xiàn)具低EMI、低輸出及輸入紋波電流的大電流模塊化負載點穩(wěn)壓器。采用4個Module穩(wěn)壓器提供48A最大輸出電流、1.5V輸出電壓有些應用集中于用4個并聯(lián)的Module穩(wěn)壓器取代單個開關，這將通過多相同步降低峰值開關電流。這些開關是由一個相位變化的時鐘從外部驅動的。每個開關的接通時刻之間都是有間隔的，從而在輸入中產(chǎn)生均勻的電流分布。在這種大功率系統(tǒng)中，電壓紋波降低了。同步并聯(lián)穩(wěn)壓器的關鍵優(yōu)勢是，由于消除了輸入和輸出中的紋波電流，減小了輸入和輸出電容器的尺寸，從而消除了對大容量電容器的需求。圖1所示的設計原理圖中采用了凌力爾特公司最新的多相振蕩器LTC6909。這個新振蕩器與以前的LTC6902振蕩器之間的主要差別是，LTC6902最多有4個輸出，而LTC6909有8個輸出、8個相位以及卓越的擴展頻譜頻率調制，這種調制方法有效提高了電磁兼容性能。

4-MVIxq—『叱2匕?燈?：gf/4-MVIxq—『叱2匕?燈?：g-卜_1TUiAflial-lWl件.料乂SUM?magi?c-^ur.cy*f_1TUiAflial-lWl件.料乂SUM?magi?c-^ur.cy*f):;N、同樣的設計設置將用作采用LTC6909時的基準。4相并聯(lián)的M系統(tǒng)，在40A時以12V輸入、1.5V輸出運行，同時它可正常工作的最大電流高達48A。多相同步可降低一些EMI，但可能還不足以滿足嚴格的EMI規(guī)范要求。用一個頻譜分析儀來檢查當前系統(tǒng)的頻率諧波。觀察到的基頻和諧波范圍為150kHz~30MHz。分辨帶寬是9kHz。結果如圖2所示。對單個諧波頻率的觀察表明當前系統(tǒng)具體的輸出值。視具體的EMI要求的不同，這些諧波尖峰可能超過規(guī)范要求，無法取得合格證書。y.s.n-pj3前匕口?富7面壇上」?￡S卜kl■"[fjJjsLIy.s.n-pj3前匕口?富7面壇上」?￡S卜kl■"[fjJjsLI■的315佻&飛0MHz輸出型漫用於義題垣醞浮字MH麗'E族率頻薔;*田十**山：12%至L5%7P瑜2M觴藉■率調制工作模式,12V通常工作模式：12V,至勖版在12V*至L5￥麗L30%工、…門、403系統(tǒng).--1.5Vsl-7,403負裁,在L?%、至:的頻譜分折儀結果，該系統(tǒng)未來用如因頻譜頊率調制.具有高諧波峰值,可能先沒通過EM工涮試.MA系統(tǒng)上的趣譜分析儀練國，讀系統(tǒng)采用LTC6909擴展族譜頻用調制后『降低了諧波峰值，降低幅度為乳血?riLTC6909上的擴展頻譜頻率調制通過連續(xù)改變Md的時鐘頻率，強制輻射能量分散開以改善EMI,防止該能量停留在任何接收器頻帶內。Md開關輻射的紋波是產(chǎn)生不需要的頻譜諧波的罪魁禍首。LTC6909擴展頻譜頻率調制功能通過一個偽隨機噪聲信號，將能量擴展到一個寬的頻帶上，從而降低峰值電磁輻射，以降低諧波幅度。用擴展頻譜頻率調制降低EMI通過控制MOD弓I腳，LTC6909可以非常容易地設置擴展頻譜頻率調制。要啟動擴展頻譜頻率調制，MOD引腳處于浮動狀態(tài)，一個頻率（大約700kHz,由一個電阻器設置）由32個調制速率分頻。這是一個中間設置，可以很好地描述擴展頻譜頻率調制。圖3所示為頻譜分析儀上的測試結果，可以觀察到在諧波頻率上有10dB的幅度降低。令人驚奇的是，對該系統(tǒng)進一步的分析表明，在使用擴展頻譜頻率調制時，輸出紋波沒有受到非常大的影響。有和沒有擴展頻譜頻率調制的性能比較如圖4和圖5所示。比較兩圖中的峰峰值，觀察到的變化是很小的。如果仍不信服，可進行另一個測試-負載瞬態(tài)響應測試，以進一步確證。山門"錨呢哼HJ：八|5山門"錨呢哼HJ：八|5WI弋TIg』哪?rrH一』.圖4圖4端出效液，通常二作模式.12V至.L5V,，4口身負技具擴展頻謔均率俁制】.作模式的輸［波，1當公介1,5%門，4。4負戰(zhàn)頗有爭議的一點是，由于擴展頻譜頻率調制的頻率不斷變化，可能使負載瞬態(tài)響應變差。而當20A負載步進時，對輸出進行的負載瞬態(tài)測試顯示，擴展頻譜頻率調制根本