Frederik Dostal

ADI公司營(yíng)銷(xiāo)工程師

開(kāi)關(guān)調節器中的快速開(kāi)關(guān)瞬變是有利的，因為這顯著(zhù)降低了開(kāi)關(guān)模式電源中的開(kāi)關(guān)損耗。尤其是在高開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，可以大幅提高開(kāi)關(guān)調節器的效率。但是，快速開(kāi)關(guān)轉換也會(huì )帶來(lái)一些負面影響。開(kāi)關(guān)轉換頻率在20 MHz和200 MHz之間時(shí)，干擾會(huì )急劇增加。這就使得開(kāi)關(guān)模式電源開(kāi)發(fā)人員必須在高頻率范圍內，在高效率和低干擾之間找到良好的折衷方案。此外，ADI公司提出了創(chuàng )新的Silent Switcher®技術(shù)，即使是極快的開(kāi)關(guān)邊沿，也可能產(chǎn)生最小電磁輻射。

圖1.對開(kāi)關(guān)模式電源進(jìn)行開(kāi)關(guān)轉換，在開(kāi)關(guān)節點(diǎn)處施加輸入電壓。

圖1顯示了快速和慢速開(kāi)關(guān)轉換�？焖匍_(kāi)關(guān)轉換會(huì )給鄰近電路段產(chǎn)生更強的干擾耦合。存在電壓突變的PCB走線(xiàn)可與具有高阻抗的鄰近走線(xiàn)產(chǎn)生容性耦合。存在電流突變的PCB走線(xiàn)可與鄰近走線(xiàn)產(chǎn)生電感耦合。通過(guò)減慢開(kāi)關(guān)轉換，可將這些影響降至最低。圖2顯示了一種經(jīng)驗證適用于異步開(kāi)關(guān)調節器的技術(shù)。此處，兩個(gè)開(kāi)關(guān)中的一個(gè)使用了肖特基二極管。將電阻與自舉電容CBOOT（提供高端邊n溝道MOSFET的柵極電壓）串聯(lián)，可減慢開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)轉換。當無(wú)法直接調整功率MOSFET的柵極信號線(xiàn)時(shí)，此技巧可用于集成開(kāi)關(guān)調節器。如果將開(kāi)關(guān)控制器與外部MOSFET配合使用，也可將電阻插入柵極驅動(dòng)走線(xiàn)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(kāi)關(guān)轉換。

但是，大多數現代開(kāi)關(guān)調節器都是具有高邊和低邊有源開(kāi)關(guān)的同步開(kāi)關(guān)調節器。此處，在CBOOT路徑中使用電阻無(wú)法明顯減慢開(kāi)關(guān)轉換。如果此處還是使用與CBOOT并串聯(lián)的電阻（如圖3所示），則也將減慢高邊開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)轉換。但是，這可能導致低邊開(kāi)關(guān)沒(méi)有完全關(guān)閉。因此，高端邊開(kāi)關(guān)和低邊開(kāi)關(guān)可能同時(shí)瞬間打開(kāi)。這將導致輸入電壓到接地之間出現破壞性短路。這一點(diǎn)尤為關(guān)鍵，因為開(kāi)關(guān)轉換速度也受到工作溫度等參數和半導體制造中的可變性的影響。因此，即使是在實(shí)驗室測試，也無(wú)法保證安全操作。要減慢具有集成開(kāi)關(guān)的同步開(kāi)關(guān)調節器的開(kāi)關(guān)轉換，應使用可通過(guò)內部電路直接設置開(kāi)關(guān)轉換速度的同步開(kāi)關(guān)調節器。例如ADI公司的ADP5014。在這些集成電路中，可在內部確保：在減慢開(kāi)關(guān)轉換時(shí)，兩個(gè)開(kāi)關(guān)不同時(shí)導通，因此也不會(huì )發(fā)生短路，并且在CBOOT路徑中都沒(méi)有電阻。

圖3.由于高端開(kāi)關(guān)轉換減慢而可能短路的同步降壓轉換器。

關(guān)于快速開(kāi)關(guān)轉換，近年來(lái)有一個(gè)非常重要的創(chuàng )新不容忽視。ADI公司的Silent Switcher技術(shù)使快速開(kāi)關(guān)邊沿的電磁輻射大幅降低，高達40 dB（10,000倍）。因此，可開(kāi)發(fā)出具有超快邊沿且僅有最小EMC問(wèn)題的開(kāi)關(guān)模式電源。在大多數情況下，Silent Switcher器件無(wú)需為了減少EMI而降低開(kāi)關(guān)轉換速度。通過(guò)Silent Switcher技術(shù)，在很大程度上消除了在最大轉換效率和最小電磁干擾之間進(jìn)行權衡的難題。