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SEPIC轉換器:如何盡可能減少開關損失
文章來源:永阜康科技 更新時間:2021/9/24 10:29:00
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用于電壓轉換的每個開關模式穩(wěn)壓器都會引起干擾。在電壓轉換器的輸入端和輸出端,有一部分是通過線傳輸?shù)模灿幸徊糠质禽椛涞摹_@些干擾主要是由快速開關的邊緣引起的。

對于現(xiàn)代開關模式穩(wěn)壓器,它們只有幾納秒長。采用新開關技術(例如SiC或GaN)之后,這些開關轉換的時間特別短。圖1所示為大約 1納秒長的開關轉換時間。基礎頻率不能與降壓型穩(wěn)壓器的開關頻率混淆。但是,有一些方法可以克服干擾問題。如圖1所示,應該盡可能快地開關邊緣,以便盡可能減少開關損失。


圖1. 快速開關轉換引發(fā)干擾。

為了創(chuàng)建一個輻射干擾盡可能低的優(yōu)化電路板布局,開關模式穩(wěn)壓器的熱回路必須盡可能小—也就是說,寄生電感越小越好。為了說明快速開關電流產(chǎn)生的影響,我們針對一個示例進行了計算。如果在一納秒內(nèi)開關1 A電流,且該電流路徑中存在20 nH 的寄生電感,則會產(chǎn)生20 V電壓偏移。計算公式如下:

產(chǎn)生的干擾 (EMI) 是由熱回路中20 nH寄生電感導致的20 V電壓偏移引起的。為了盡可能減少這種干擾,必須讓寄生電感盡可能  小。

降壓型開關模式穩(wěn)壓器要求輸入電容盡可能靠近高側開關以及低側開關的接地連接。對于單片同步降壓型開關穩(wěn)壓器,這相當于輸入電容與降壓穩(wěn)壓器集成電路的VIN和GND連接。如果這些連接的電感盡可能低,產(chǎn)生的電壓偏移和電磁干擾就會盡可能低。

根據(jù) SEPIC 拓撲,采用開關式穩(wěn)壓器的情況下,這個概念如何實施?SEPIC拓撲非常受歡迎,因為輸入電壓可以高于或低于輸出電壓。因此,這相當于升降壓拓撲。圖2顯示了這個拓撲。除降壓拓撲外,還需采用第二電感和耦合電容。


圖2. 關鍵路徑(熱回路),含SEPIC轉換器。

由于SEPIC轉換器也是一種開關模式穩(wěn)壓器,所以這種拓撲中也會出現(xiàn)相同的快速開關電流(與降壓轉換器類似)。為了盡量減少產(chǎn)生干擾,這些熱回路電流路徑應該盡可能短。出于這個目的,必須考慮降壓穩(wěn)壓器的每條路徑。

導體是連續(xù)導電,還是只在通電或斷電時導電?

在圖2中,所有用淺藍色線路的電流隨快速切換而變化。因此,這些路徑是關鍵的熱循環(huán)路徑,構建時需保證電感盡可能低。不可在這些路徑中插入過孔或不必要的長連接線纜。

SEPIC 開關模式穩(wěn)壓器也具備關鍵的熱回路,這對于實現(xiàn)低電磁干擾行為是必不可少的。如果這些熱回路設計巧妙,寄生電感很低,那么只會產(chǎn)生很小的電壓偏移,從而減少輻射干擾。在 SEPIC 開關模式穩(wěn)壓器中,并非如降壓型穩(wěn)壓器一樣,關鍵的是輸入電容,而是本文中描述的電流路徑,如圖2所示。

 
 
 
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