Создать высокоэффективную и компактную электронную конструкцию, соблюдая при этом строгие требования к электромагнитным помехам, непросто. Таким образом, выбор компонентов становится важной частью процесса проектирования.
Как и в случае большинства инженерных решений, выбор между различными компонентами почти всегда сводится к оценке компромиссов, основанных на ваших наиболее важных целях проектирования. Известные своей высокой эффективностью и хорошими тепловыми характеристиками, понижающие стабилизаторы обычно не считаются вариантами с низким уровнем электромагнитных помех. К счастью, у вас есть несколько вариантов снижения электромагнитных помех, создаваемых такими стабилизаторами.
На следующем рисунке показана упрощенная схема понижающего стабилизатора напряжения.
Помимо выбора правильных номиналов пассивных компонентов для обеспечения функциональной конструкции, компоновка платы должна быть вашим первым соображением, когда ваш проект должен удовлетворять ограничениям электромагнитных помех. Есть два общих правила, которые могут помочь свести к минимуму генерируемые электромагнитные при компоновке платы понижающего стабилизатора:
- Сведите к минимуму области контура с высоким переходным током (di/dt), расположив входной и загрузочный конденсаторы как можно ближе к контактам VIN и GND интегральной схемы.
- Минимизируйте площадь поверхности узлов с высоким переходным напряжением (dv/dt) за счет минимизации площади коммутационного узла.
Как уже упоминалось, уменьшение площади токовых петель с высоким значением di/dt очень важно при проектировании импульсных стабилизаторов, чтобы они не выходили за пределы электромагнитных помех. В понижающем стабилизаторе важно учитывать контур «входное напряжение-земля» с точки зрения электромагнитных помех. Понижающий стабилизатор понижает более высокое постоянное напряжение до более низкого, включая и выключая соединение с источником питания, что приводит к протеканию тока через полевой транзистор типа MOSFET (Q1) в верхнем плече, как показано на рисунке.
MOSFET-транзистор быстро включается и выключается, создавая очень резкие, почти прерывистые токи, подаваемые входным конденсатором. Некоторые устройства, такие как 36-вольтовые понижающие стабилизаторы компании TI LMQ66430-Q1 на 3 А и LMQ61460-Q1 на 6 А, содержат высокочастотные входные конденсаторы внутри корпуса, что обеспечивает наименьшую возможную площадь входной токовой петли. Уменьшение площади этой входной токовой петли приводит к меньшей паразитной индуктивности на входе, что снижает количество излучаемой электромагнитной энергии.
Еще одна петля с высоким значением тока di/dt, которую следует учитывать – это петля загрузочного конденсатора. Загрузочный конденсатор отвечает за подачу заряда на драйвер затвора MOSFET верхнего плеча во время включения. Внутренняя схема обновляет этот конденсатор во время простоя. Вывод истока полевого МОП-транзистора верхнего плеча подключается к узлу ключа, а не к GND. Связывание загрузочного конденсатора с выводом истока MOSFET гарантирует, что напряжение затвор-исток (VGS) будет достаточно высоким для включения MOSFET. С большинством понижающих стабилизаторов вам придется оставить на плате некоторую площадь узла переключателя для подключения загрузочного конденсатора, хотя это может быть контрпродуктивным при попытке минимизировать площадь узла переключателя для электромагнитных помех. Интегрируя загрузочный конденсатор внутрь корпуса, LMQ66430-Q1 следует двум упомянутым ранее правилам, а также снижает потребность во внешнем компоненте.
Может быть сложно разработать компактные конструкции источников питания, которые остаются в рамках строгих ограничений по электромагнитным помехам. Понижающие стабилизаторы со встроенными конденсаторами могут упростить процесс создания конструкций, совместимых с требованиями к электромагнитным помехам, а также помогают уменьшить общее количество внешних компонентов.
© digitrode.ru