減慢開關轉換時要謹慎

Beware When Slowing Down Switching Transitions

作者：Frederik Dostal，ADI公司營銷工程師

開關調節器中的開關瞬變是有利的，因為這顯著降低了開關模式電源中的開關損耗。尤其是在開關頻率時，可以大幅提開關調節器的效率。但是，開關轉換也會帶來一些負面影響。開關轉換頻率在20 MHz和200 MHz之間時，干擾會急劇增加。這就使得開關模式電源開發人員必須在頻率范圍內，在率和低干擾之間找到良好的折衷方案。此外，ADI公司提出了的Silent Switcher®，即使是快的開關邊沿，也可能產生小電磁輻射。

 
圖1.對開關模式電源進行開關轉換，在開關節點處施加輸入電壓。

圖1顯示了和慢速開關轉換。開關轉換會給鄰近電路段產生強的干擾耦合。存在電壓突變的PCB走線可與具有阻抗的鄰近走線產生容耦合。存在電流突變的PCB走線可與鄰近走線產生電感耦合。通過減慢開關轉換，可將這些影響降至低。圖2顯示了一種經驗證適用于異步開關調節器的。此處，兩個開關中的一個使用了肖特基二管。將電阻與自舉電容CBOOT（提供邊n溝道MOSFET的柵電壓）串聯，可減慢開關的開關轉換。當無法直接調整功率MOSFET的柵信號線時，此技巧可用于集成開關調節器。如果將開關器與外部MOSFET配合使用，也可將電阻插入柵驅動走線中。電阻值通常小于100 Ω。

 
圖2.使用自舉電阻減慢異步降壓轉換器中的開關轉換。

但是，大多數開關調節器都是具有邊和低邊有源開關的同步開關調節器。此處，在CBOOT路徑中使用電阻無法明顯減慢開關轉換。如果此處還是使用與CBOOT并串聯的電阻（如圖3所示），則也將減慢邊開關的開關轉換。但是，這可能導致低邊開關沒有關閉。因此，邊開關和低邊開關可能同時瞬間打開。這將導致輸入電壓到接地之間出現破壞短路。這一點尤為關鍵，因為開關轉換速度也受到工作溫度等參數和半導體制造中的可變的影響。因此，即使是在實驗室測試，也無法操作。要減慢具有集成開關的同步開關調節器的開關轉換，應使用可通過電路直接設置開關轉換速度的同步開關調節器。例如ADI公司的ADP5014。在這些集成電路中，可在：在減慢開關轉換時，兩個開關不同時導通，因此也不會發生短路，并且在CBOOT路徑中都沒有電阻。

 
圖3.由于開關轉換減慢而可能短路的同步降壓轉換器。

關于開關轉換，近年來有一個重要的不容忽視。ADI公司的Silent Switcher使開關邊沿的電磁輻射大幅降低，40 dB（10,000倍）。因此，可開發出具有快邊沿且有小EMC問題的開關模式電源。在大多數情況下，Silent Switcher器件無需為了減少EMI而降低開關轉換速度。通過Silent Switcher，在很大程度上消除了在大轉換效率和小電磁干擾之間進行權衡的難題。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀于德埃爾蘭根-紐倫堡大學微電子學。他于2001年開始工作，涉足電源管理業務，曾擔任應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開關模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在