當(dāng)最小化EMI是設(shè)計(jì)優(yōu)先事項(xiàng)時(shí)，線性穩(wěn)壓器可以是一種低噪聲解決方案，但散熱和效率要求可能會(huì)排除這種選擇，并指向開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。即使在EMI敏感型應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通常是輸入電源總線上的第一個(gè)有源元件，無(wú)論下游轉(zhuǎn)換器如何，它都會(huì)顯著影響轉(zhuǎn)換器的整體EMI性能。到目前為止，還沒(méi)有確定的方法可以保證通過(guò)選擇電源IC來(lái)抑制EMI并達(dá)到效率要求。LT8614 靜音切換器?監(jiān)管機(jī)構(gòu)現(xiàn)在使這成為可能。

與當(dāng)前最先進(jìn)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比，LT8614 可將 EMI 降低 20dB 以上。相比之下，它在 10MHz 以上的頻率范圍內(nèi)將 EMI 降低了 30 倍，而不會(huì)影響同等電路板面積的最小導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間或效率。它無(wú)需額外的元件或屏蔽即可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，代表了開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)的重大突破。

EMI問(wèn)題的新解決方案

EMI問(wèn)題的可靠解決方案是在整個(gè)電路中使用屏蔽盒。當(dāng)然，這大大增加了所需的電路板空間、元件和組裝成本，同時(shí)使熱管理和測(cè)試復(fù)雜化。另一種方法是減慢開(kāi)關(guān)邊沿的速度。這會(huì)產(chǎn)生降低效率、增加最小導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)間及其相關(guān)死區(qū)時(shí)間的不良影響，并損害潛在的電流控制環(huán)路速度。

LT8614 靜音開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器無(wú)需使用屏蔽盒即可提供屏蔽盒的所需效果（參見(jiàn)圖 1）。LT8614 具有一個(gè)低 IQ器件消耗的 2.5μA 總電源電流，在空載穩(wěn)壓下 — 對(duì)于始終接通的系統(tǒng)非常重要。

圖1.LT8614 靜音切換器最大限度地降低了 EMI/EMC 輻射，同時(shí)在高達(dá) 3MHz 的頻率下提供了高效率。

其超低壓差僅受內(nèi)部頂部開(kāi)關(guān)的限制。與其他解決方案不同，LT8614 的 V在-V外限制不受最大占空比和最小關(guān)斷時(shí)間的限制。該器件在壓差時(shí)跳過(guò)其關(guān)斷周期，僅執(zhí)行所需的最小關(guān)斷周期，以保持內(nèi)部頂部開(kāi)關(guān)升壓級(jí)電壓的維持，如圖6所示。

同時(shí)，最小工作輸入電壓典型值僅為 2.9V （最大值為 3.4V），因而能夠在壓差器件的情況下提供 3.3V 電源軌。在高電流條件下，LT8614 的總開(kāi)關(guān)電阻較低，因此具有比同類(lèi)器件更高的效率。

LT8614 可同步至一個(gè)工作頻率范圍為 200kHz 至 3MHz 的外部頻率。 AC 開(kāi)關(guān)損耗很低，因此可以在高開(kāi)關(guān)頻率下工作，效率損耗最小。在EMI敏感型應(yīng)用中，例如許多汽車(chē)環(huán)境中常見(jiàn)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)良好的平衡，LT8614可以在AM頻段以下運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)更低的EMI，或者高于AM頻段。在工作開(kāi)關(guān)頻率為700kHz的設(shè)置中，標(biāo)準(zhǔn)LT8614演示板不超過(guò)CISPR25 5類(lèi)測(cè)量中的本底噪聲。

圖2顯示了在電波暗室中以12V輸入、3.3V輸出/2A、固定開(kāi)關(guān)頻率為700kHz進(jìn)行的測(cè)量。為了將LT8614靜音開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器技術(shù)與另一種當(dāng)前最先進(jìn)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器進(jìn)行比較，針對(duì)LT8610對(duì)該器件進(jìn)行了測(cè)量（參見(jiàn)圖3）。測(cè)試是在GTEM電池中進(jìn)行的，在兩個(gè)器件的標(biāo)準(zhǔn)演示板上使用相同的負(fù)載、輸入電壓和相同的電感。

圖2.LT8614 板在電波暗室中符合 CISPR25 輻射標(biāo)準(zhǔn)。本底噪聲等于LT8614輻射發(fā)射。

圖3.LT8614 和 LT8610 的輻射發(fā)射比較。

可以看出，與LT20已經(jīng)非常好的EMI性能相比，使用LT8614靜音開(kāi)關(guān)器技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高達(dá)8610dB的改進(jìn)，特別是在更難以管理的高頻區(qū)域。

在時(shí)域中，LT8614在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)邊緣表現(xiàn)出良性行為，如圖4和圖5所示。即使在 4ns/div 下，LT8614 靜音開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器也能顯示最小的振鈴。相比之下，如圖8610所示，LT4成功地抑制了振鈴，但與LT8614相比，熱回路中存儲(chǔ)的能量更高（圖4）。

圖4.LT8614 靜音開(kāi)關(guān)器和 LT8610 的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上升沿比較。

圖 5 顯示了 13.2V 輸入時(shí)的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以及 LT8614 如何在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)接近理想的方波。圖 4、5 和圖 6 中的所有時(shí)域測(cè)量均使用 500MHz 泰克 P6139A 探頭執(zhí)行，探頭尖端屏蔽與 PCB GND 平面緊密連接。這兩款器件均采用現(xiàn)成的演示板。

圖5.LT8614 的近乎理想的方波開(kāi)關(guān)波形可實(shí)現(xiàn)低噪聲操作。

LT42x系列的861V絕對(duì)最大輸入電壓額定值對(duì)于汽車(chē)和工業(yè)環(huán)境非常重要。同樣重要的是，特別是在汽車(chē)情況下，是輟學(xué)行為。通常，關(guān)鍵的3.3V邏輯電源必須在冷啟動(dòng)情況下得到支持。在這種情況下，LT8614 靜音開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器保持了 LT861x 系列接近理想性能。LT8610/11/14器件在低至 3.4V 的電壓下工作，并在必要時(shí)盡快開(kāi)始跳斷周期，而不是更高的欠壓閉鎖電壓和替代器件的最大占空比箝位，如圖 6 所示。這會(huì)產(chǎn)生理想的壓差行為，如圖7所示。

圖6.LT8614 和 LT8610 開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的壓差行為。

圖7.LT8614壓差性能。與其他 LT861x 器件一樣，該器件可在低至 3.4V 的電壓下工作，并在必要時(shí)盡快開(kāi)始跳過(guò)周期。

LT8614 的 30ns 低最小導(dǎo)通時(shí)間即使在高開(kāi)關(guān)頻率下也能實(shí)現(xiàn)較大的降壓比。因此，它可以從高達(dá) 42V 的輸入提供單次降壓的邏輯內(nèi)核電壓。

結(jié)論

眾所周知，在初始轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)過(guò)程中需要仔細(xì)注意EMI考慮因素，以便在系統(tǒng)完成時(shí)通過(guò)EMI測(cè)試。LT8614 靜音開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器可通過(guò)簡(jiǎn)單的電源 IC 選擇確保成功。LT8614 可將當(dāng)前最先進(jìn)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的 EMI 降低 20dB 以上，同時(shí)提高了轉(zhuǎn)換效率 — 無(wú)需額外的組件或額外的屏蔽。

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器和電磁干擾

印刷電路板布局決定了每個(gè)電源的成功或失敗。它設(shè)置功能、電磁干擾 （EMI） 和熱行為。雖然開(kāi)關(guān)電源布局不是一門(mén)黑藝術(shù)，但在最初的設(shè)計(jì)過(guò)程中往往會(huì)被忽視。由于必須滿(mǎn)足功能和EMI要求，因此對(duì)電源的功能穩(wěn)定性有利的通常也有利于其EMI輻射。應(yīng)該注意的是，從一開(kāi)始就進(jìn)行良好的布局不會(huì)增加成本，但實(shí)際上可以節(jié)省成本，無(wú)需EMI濾波器，機(jī)械屏蔽，EMI測(cè)試時(shí)間和PC板修訂。

EMI發(fā)射有兩種類(lèi)型：傳導(dǎo)和輻射。傳導(dǎo)輻射附著在連接到產(chǎn)品的電線和走線上。由于噪聲局限于設(shè)計(jì)中的特定端子或連接器，因此通過(guò)良好的布局和濾波器設(shè)計(jì)，通常可以在開(kāi)發(fā)過(guò)程的相對(duì)較早階段確保符合傳導(dǎo)輻射要求。

然而，輻射發(fā)射是另一回事。電路板上承載電流的所有東西都會(huì)輻射電磁場(chǎng)。板上的每一條走線都是天線，每一塊銅平面都是一面鏡子。除純正弦波或直流電壓外，任何東西都會(huì)產(chǎn)生寬信號(hào)頻譜。即使經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員也永遠(yuǎn)不會(huì)真正知道輻射發(fā)射會(huì)有多糟糕，直到系統(tǒng)經(jīng)過(guò)測(cè)試。在設(shè)計(jì)基本完成之前，無(wú)法正式進(jìn)行輻射發(fā)射測(cè)試。

濾波器通常用于通過(guò)在一定頻率或一定頻率范圍內(nèi)衰減強(qiáng)度來(lái)降低EMI。通過(guò)添加金屬板作為磁屏蔽來(lái)衰減穿過(guò)空間（輻射）的一部分能量。位于PCB走線（導(dǎo)通）上的低頻部分通過(guò)添加鐵氧體磁珠和其他濾波器來(lái)馴服。EMI無(wú)法消除，但可以衰減到其他通信和數(shù)字組件可接受的水平。此外，一些監(jiān)管機(jī)構(gòu)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)以確保合規(guī)性。

采用表面貼裝技術(shù)的現(xiàn)代輸入濾波器元件比通孔器件具有更好的性能。然而，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器工作開(kāi)關(guān)頻率的增加超過(guò)了這種改進(jìn)。更高的效率、更低的最小導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間由于開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換速度更快，導(dǎo)致更高的諧波含量。開(kāi)關(guān)頻率每增加一倍，EMI就會(huì)變差6dB，而所有其他參數(shù)（如開(kāi)關(guān)容量和轉(zhuǎn)換時(shí)間）保持不變。如果開(kāi)關(guān)頻率增加20倍，寬帶EMI的行為類(lèi)似于一階高通，輻射將高出10dB。

精明的PCB設(shè)計(jì)人員將使熱回路變小，并使用盡可能靠近有源層的屏蔽接地層。然而，器件引腳排列、封裝結(jié)構(gòu)、熱設(shè)計(jì)要求和去耦元件中充分儲(chǔ)能所需的封裝尺寸決定了最小熱回路尺寸。更復(fù)雜的是，在典型的平面印刷電路板中，30MHz以上走線之間的磁性或變壓器式耦合將減少所有濾波器工作，因?yàn)轭l率越高，不需要的磁性或天線耦合就越有效。

當(dāng)多個(gè) DC/DC 開(kāi)關(guān)模式穩(wěn)壓器并聯(lián)以實(shí)現(xiàn)均流和更高的輸出功率時(shí)，干擾和噪聲的潛在問(wèn)題可能會(huì)加劇。如果所有穩(wěn)壓器都以相似的頻率工作（開(kāi)關(guān)），則電路中多個(gè)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的組合能量集中在該頻率及其諧波上。這種能量的存在可能會(huì)成為一個(gè)問(wèn)題，特別是對(duì)于印刷電路板和其他系統(tǒng)板上的其余IC彼此靠近并且容易受到這種輻射能量的影響。這在人口稠密且通常靠近音頻、RF、CAN總線和各種接收系統(tǒng)的汽車(chē)系統(tǒng)中尤其令人不安。

審核編輯：郭婷