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有效減輕開關(guān)應(yīng)用中的瞬變和EMI噪聲,你學(xué)會(huì)了嗎

電子設(shè)計(jì) ? 來(lái)源:電子設(shè)計(jì) ? 作者:電子設(shè)計(jì) ? 2020-10-29 17:13 ? 次閱讀
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設(shè)計(jì)電源是一件復(fù)雜的事情。如今,電能的來(lái)源多種多樣,我們也越來(lái)越不能忽視對(duì)這些寶貴能源進(jìn)行有效的管理。線路供電、太陽(yáng)能供電、電池供電、以太網(wǎng)供電以及能量收集技術(shù),都是我們可以利用的電能來(lái)源。

受電負(fù)載不僅提出了必要的電壓和電流標(biāo)準(zhǔn),其所采用的半導(dǎo)體也變得越來(lái)越敏感,為此電源就要滿足特定的規(guī)格,其要求不僅限于嚴(yán)格的紋波容限,還需要能夠減輕大幅度迅速變化的負(fù)載條件導(dǎo)致的影響,同時(shí)又不在電源軌上引入瞬變并產(chǎn)生過(guò)多的 EMI。例如,機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的許多計(jì)算密集型應(yīng)用中使用的 FPGA 的電流可以在幾微秒內(nèi)從幾安培升至 50A 以上。

減輕瞬變和 EMI 的技術(shù)

產(chǎn)生瞬變的原因是多種多樣的。如上所述,高性能可編程邏輯和處理器會(huì)給電源帶來(lái)明顯的負(fù)載波動(dòng),同時(shí)電源本身也可能會(huì)產(chǎn)生瞬變。工業(yè)電機(jī)控制是瞬態(tài)噪聲的另一種常見來(lái)源,高頻、大電流 dv/dt 開關(guān)技術(shù)會(huì)導(dǎo)致較大的瞬態(tài)。除非濾波器和無(wú)源組件的組合可以降低瞬態(tài)幅度,否則它們可能會(huì)對(duì)高側(cè)和低側(cè) H 橋驅(qū)動(dòng)晶體管造成永久性損害。除電壓尖峰外,瞬變還是電磁干擾 (EMI) 的罪魁禍?zhǔn)字弧4送?,廣為采用的高效 AC/DCDC/DC 電源開關(guān)拓?fù)洌ɡ缃祲?/ 升壓)也會(huì)在電源軌上產(chǎn)生 EMI。根據(jù)導(dǎo)線長(zhǎng)度的不同,EMI 可能會(huì)輻射出來(lái),進(jìn)而干擾終端系統(tǒng)和附近其他設(shè)備的運(yùn)行。雖然采用常規(guī)的無(wú)源組件濾波和箔屏蔽技術(shù)就可以在很大程度上消除感應(yīng)噪聲和輻射噪聲,但這對(duì)某些應(yīng)用而言還不夠,因?yàn)檫@些應(yīng)用要求本底噪聲必須降到極低的水平。對(duì)于開關(guān)轉(zhuǎn)換器,要滿足小型化的趨勢(shì),減小電感器和無(wú)源元件的物理尺寸是唯一可行的做法,但這樣就必須提高開關(guān)頻率?,F(xiàn)在,開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器的工作頻率可從數(shù)百 kHz 直到數(shù)十 MHz,覆蓋了 AM 廣播無(wú)線電的部分頻譜。為了應(yīng)對(duì)這些 EMI 挑戰(zhàn),轉(zhuǎn)換器制造商,特別是汽車信息娛樂系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換器制造商,正通過(guò)實(shí)施擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)控制開關(guān)頻率,Texas Instruments TPS6281x-Q1 就是這類器件的一個(gè)例子。TPS62810 是 AEC-Q100 汽車級(jí)部件,其默認(rèn)開關(guān)頻率為 2.25MHz,并且能夠配置為在 1.8MHz 至 4.0MHz 之間的某個(gè)開關(guān)頻率附近以±288kHz 的幅度隨機(jī)變化。

另一種用于 EMI 敏感測(cè)量應(yīng)用的創(chuàng)新技術(shù)是一種 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,這種轉(zhuǎn)換器可以通過(guò)一個(gè)保持電容來(lái)為負(fù)載供電,從而暫時(shí)停止轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量。Texas Instruments TPS62840 就是這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)例,它具有一個(gè) STOP 引腳來(lái)停止轉(zhuǎn)換,從而消除任何開關(guān)噪聲。

審核編輯 黃昊宇

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