升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器(Boost DC-DC Converter)是一種常見(jiàn)的電源管理電路,用于將較低的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換為較高的輸出電壓。這種轉(zhuǎn)換器通常使用一個(gè)開(kāi)關(guān)器件(如MOSFET),通過(guò)快速切換來(lái)控制電感器的儲(chǔ)能和釋放,從而實(shí)現(xiàn)電壓提升。然而,這些快速切換的電流和電壓變化會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲,影響整個(gè)系統(tǒng)的電磁兼容性(EMC)。
在升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器中,快速變化的脈沖電流進(jìn)入輸出端時(shí),會(huì)導(dǎo)致電壓振鈴現(xiàn)象,進(jìn)而產(chǎn)生高頻噪聲。
當(dāng)?shù)蛡?cè)開(kāi)關(guān)(Low-side switch)斷開(kāi)時(shí),振鈴的能量主要來(lái)源于高側(cè)開(kāi)關(guān)(High-side switch)的導(dǎo)通延遲以及輸出回路中的電感。這些因素導(dǎo)致開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的電壓迅速升高至超過(guò)輸出電壓,產(chǎn)生了電壓差,從而引起振鈴。
低側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的振鈴現(xiàn)象,是由低側(cè)開(kāi)關(guān)的輸出電容(COSS)與輸出回路中的電感形成的LC諧振電路引起的。
當(dāng)?shù)蛡?cè)開(kāi)關(guān)閉合時(shí),振鈴的能量主要來(lái)自高側(cè)開(kāi)關(guān)的反向恢復(fù)電流,以及對(duì)高側(cè)開(kāi)關(guān)電容的充電電流。
低側(cè)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的振鈴現(xiàn)象,是由高側(cè)開(kāi)關(guān)的電容和輸出回路中的電感形成的LC諧振電路引起的。
為了減少升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻噪聲,可以采取以下措施:
降低開(kāi)關(guān)頻率:降低開(kāi)關(guān)頻率可以直接減少高頻噪聲的產(chǎn)生,但可能會(huì)增加濾波器組件的大小和成本。
優(yōu)化PCB布局:減小高頻電流回路的面積,使用地平面來(lái)提供穩(wěn)定的參考地,并避免信號(hào)線與高di/dt走線平行。
使用阻尼網(wǎng)絡(luò):在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處添加阻尼網(wǎng)絡(luò)(如RC或LC電路)可以減少振鈴和電壓尖峰。
選擇合適的電感和電容:選擇具有合適Q值和額定頻率的電感,以及低ESR和低ESL的電容器,以減少噪聲。
升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器中的高頻噪聲是由多種因素共同作用的結(jié)果。通過(guò)理解這些噪聲的產(chǎn)生機(jī)理,并采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)和布局措施,可以有效地減少噪聲的產(chǎn)生,提高電源轉(zhuǎn)換器的電磁兼容性。
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