雖sui然ran許xu多duo開kai關guan模mo式shi電dian源yuan設she計ji人ren員yuan都dou很hen清qing楚chu開kai關guan模mo式shi電dian源yuan的de設she計ji複fu雜za性xing和he細xi微wei差cha別bie，但dan很hen多duo公gong司si根gen本ben沒mei有you足zu夠gou的de設she計ji人ren員yuan滿man足zu所suo有you項xiang目mu需xu求qiu完wan成cheng設she計ji。不bu少shao設she計ji人ren員yuan將jiang退tui休xiu並bing離li開kai此ci行xing業ye！那麼，如何解決這個問題呢
？

 

首先

，就是因為模擬電源設計人員不足
，所以要求越來越多的數字設計人員進行開關模式電源設計！雖然大多數數字設計人員都知道如何使用簡單的線性穩壓器，但並非所有設計都要求降壓（降壓模式）。事實上，很多是升壓模式（升壓），甚至是降壓-升壓拓撲（降壓和升壓模式相結合）。

 

顯然，許多電子係統製造商都麵臨一個問題：如何實現係統所需的所有開關模式電源電路？

 

解決設計資源短缺問題

 

在本文中，我將介紹降壓穩壓器工作的一些基本原理

，包括開關穩壓器熱回路中的高di/dt和寄生電感如何導致電磁噪聲和開關振鈴。然後我們將看看如何減少高頻噪聲。我還將介紹ADI的Power by LinearTM Silent Switcher®技術，包括它如何構成
，並演示它如何幫助解決EMI問題
，且絲毫不會影響性能。其中還包括SilentSwitcher器件如何工作。

 

我還將概述Silent Switcher的封裝和布局
，討論這些封裝和布局如何提高降壓轉換器的整體性能。此外，我將演示如何將此技術融入我們的μModule®穩壓器，從而提高SilentSwitcher器件的集成度。對於不熟悉開關模式電源設計技術的設計人員

，這些簡單易用的解決方案會很有用。

 

基本降壓穩壓器電路

 

最基本的電源拓撲之一是降壓穩壓器，如圖1所示。EMI從高di/dt回路開始。供電線和負載線不應具有高交流電流分量。因此
，輸入電容C2應將所有相關電流的交流分量傳輸至輸出電容C1
，所有電流交流分量在這裏結束。

 

圖1. 同步降壓穩壓器原理圖。

 

參考圖1，在M1關閉而M2打開的開啟周期中，交流電流在實線藍色回路中流動。在關閉周期中，當M1打開而M2關閉時，交流電流在綠色虛線回路中流動。大多數人難以理解，產生最高EMI的回路既不是實線藍色回路，也不是虛線綠色回路。而是虛線紅色回路中流動的全開關交流電流，從零切換至I峰值，再回到零。虛線紅色回路通常指熱回路，因為它有最高交流電流和EMI能量。

 

導致電磁噪聲和開關振鈴的是開關穩壓器熱回路中的高di/dt和寄生電感。要減少EMI並改進功能，需要盡量減少虛線紅色回路的輻射效應。如果我們能夠將虛線紅色回路的PCdianlubanmianjijianshaodaoling，bingqienenggoumaidaojuyoulingzukangdelixiangdianrong，jiunengjiejuezhegewenti。raner
，zaixianshishijiezhong
，shejigongchengshisuonengzuodejiushizhaodaoyigezuijiadezhezhongfangan！

 

那麼，這些高頻噪聲到底是從哪裏來的呢？在電子電路中，通過寄生電阻、電(dian)感(gan)和(he)電(dian)容(rong)耦(ou)合(he)


，在(zai)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)過(guo)程(cheng)中(zhong)

，產(chan)生(sheng)了(le)高(gao)頻(pin)諧(xie)波(bo)。知(zhi)道(dao)是(shi)哪(na)裏(li)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)
，那(na)麼(me)如(ru)何(he)減(jian)少(shao)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)呢(ne)
？減(jian)少(shao)噪(zao)聲(sheng)的(de)傳(chuan)統(tong)方(fang)式(shi)是(shi)減(jian)慢(man)MOSFET開關邊緣。通過減慢內部開關驅動器或從外部添加緩衝器，就可以實現。

 

但是，這會降低轉換器的效率，因為增加了開關損耗——特別是當開關穩壓器在高開關頻率（如2MHz）下運行時。說到這裏，我們為何要在2MHz的頻率下運行呢？實際上有幾個原因：

 

● 它允許使用較小（尺寸）的外部元件，如電容和電感。例如

，每次開關頻率加倍
，會使電感值和輸出電容值減半。

● 在汽車應用中

，在2 MHz下開關可以避免在AM頻段產生噪聲。

 

減小輻射，也可使用濾波器和屏蔽，但這需要更多的外部元件和電路板麵積。還可采用展頻(SSFM)技術

，但這樣在已知範圍內會使係統時鍾抖動。SSFM有助於滿足EMI標準要求。EMI能量被打散分布在頻域上。雖然普通開關電源所選的開關頻率通常會在AM頻段之外（530 kHz至1.8 MHz），但在AM頻段內
，未經調製的開關諧波仍可能不符合嚴格的汽車EMI要求。添加SSFM功能可明顯減少AM頻段內及其他區域中的EMI。

 

或者就使用ADI的Silent Switcher技術
，該技術能夠滿足上述所有要求：

 

● 高效率

● 高開關頻率

● 低電磁輻射(EMI)

 

Silent Switcher技術

 

Silent Switcher器件無需減慢開關邊緣速率，解決了EMI和效率之 間的權衡問題。那麼如何才能實現呢？考慮使用LT8610, a如圖2 左側所示。這是支持42 V輸入的單片（內部有FET）同步降壓轉換器，可提供高達2.5 A的輸出電流。請注意，其左上角有一個輸入引腳(VIN)

 

圖2. 如何將LT8610轉換為Silent Switcher器件——LT8614。

 

但是
，將LT8610與LT8614 （支持42V輸入的單片同步降壓轉換器，可提供高達4 A的輸出電流）相比，我們可以看到，LT8614在封裝的另一側有兩個VIN引腳和兩個接地引腳。這很重要
，因為它是實現超低噪聲開關的一部分！

 

如何使開關穩壓器具有超低噪聲

 

如何實現這個目標

？在芯片另一側的VIN 和接地引腳之間放置兩個輸入電容可消除磁場。幻燈片中突出顯示了這一點，在原理圖和演示板上均用紅色箭頭指向電容的位置，如圖3所示。

 

圖3. LT8614圖，顯示濾波器電容安置在IC另一側的VIN和接地引腳之間。

 

LT8614詳情

 

LT8614包含Silent Switcher功能。利用該功能，我們通過使用銅柱倒裝芯片封裝能夠減少寄生電感。此外，還有反向VIN、接地和輸入電容，可消除磁場（適用右手法則）以降低EMI輻射。

 

youyubuxuyaoshiyonghanxianjianheshizhuangpeijishusuoyaoqiudechangjianhexian
，buhuichanshengdadejishengdianzuhediangan
，congerkejianxiaofengzhuangjishengdiangan。lianggeduichengfenbudeshururehuiluchanshengdefanxiangcichangxianghudixiao，bingqiedianhuilumeiyoujingcichang。

 

我們將LT8614 Silent Switcher穩壓器與當前先進的開關穩壓器LT8610進行比較。在GTEM室中，對兩個器件的標準演示板使用相同負載
、相同輸入電壓和相同電感進行了測試。我們發現
，與使用LT8610具有很不錯的EMI性能相比，使用LT8614時還能提高20dB，特別是在管理更高頻率更困難的區域。在整體設計中，與其他敏感係統相比
，LT8614開關電源需要的濾波更少、距離更短，從而可以實現更簡單緊湊的設計。此外
，在時域內
，LT8614在開關節點邊緣的性能良好。

 

圖4. LT8614輻射EMI性能可滿足最嚴格的CISPR 25 Class 5限製要求。

 

Silent Switcher器件的進一步增強

 

盡管LT8614具有出色的性能
，但我們並沒有停止改進的步伐。於 是

，LT8640 降壓穩壓器采用Silent Switcher架構，旨在最大限度地 減少EMI/EMC輻射，同時在高達3 MHz的頻率下提供高效率。它采用3 mm × 4 mm QFN封裝，采用集成電源單片式結構
，同時提供所有必需的電路功能，共同構成PCB占用空間最小的解決方案。瞬態響應性能仍然很出色，任何負載（從零電流到滿電流）時的輸出電壓紋波低於10 mV p-p。LT8640允許在高頻率下進行高VIN到低VOUT轉換，最短開關導通時間為30 ns。

 

為改進EMI/EMC，LT8640可工作在展頻模式。該功能以20%的三角調頻調整時鍾。當LT8640處於展頻調製模式時，使用三角調頻功能在RT設定值與約高於該值20%之間調整開關頻率。調製頻率約為3 kHz。例如，當LT8640設為2 MHz時，3kHz速率下的頻率將從2MHz至2.4MHz不等。選擇展頻工作模式時，突發模式Burst Mode®操作會禁用，器件將在脈衝跳躍模式或強製連續模式下運行。

 

然而
，盡管我們在Silent Switcher數據手冊中都有說明，如提供了原理圖和布局建議，以及將輸入電容放在盡可能靠近IC兩側的位 置——有一些客戶仍然會出錯。此外，我們的內部工程師也花了太多的時間來解決客戶的PCB布局問題。因此，我們的設計人員提出了解決此問題的最佳解決方案——Silent Switcher 2架構。

 

Silent Switcher 2

 

采用Silent Switcher 2技術，我們隻需將電容集成在新LQFN封裝內：VIN電容
、IntVCC和升壓電容——盡可能靠近引腳放置。優勢是將所有熱回路和接地層都包括在內，從而降低了EMI。外部元件越少，解決方案尺寸就越小。此外，我們還消除了PCB布局敏感性。

 

如圖5所示，可以看出LT8640和LT8640S 的原理圖有何不同。而營 銷突破口是為包含內部電容的集成度更高的新版本冠以“S”的後綴。因為它比第一代更“安靜”！

 

圖5. LT8640S是一款具有更高的電容集成度的Silent Switcher 2器件。

 

Silent Switcher 2技術提高了散熱性能。LQFN倒裝芯片封裝上的多個大尺寸接地裸露焊盤有助於封裝和PCB散熱。由於我們消除了高電阻鍵合線，因此還提高了轉換效率。LT8640S的EMI性能輕鬆滿足輻射EMI性能CISPR 25 Class 5峰值限製要求並且有較大的裕量。

 

下一步：所有組件都與Silent Switcher 2 μModule穩壓器集成

 

Silent Switcher技術如此引人注目
，我們選擇將其融入我們的 μModule穩壓器產品線。所有組件都集成在一個小尺寸封裝中， 為用戶提供了一個簡單可靠
、高性能和高電源密度的解決方案。 LTM8053 和LTM8073是幾乎集成了所有組件的微型模塊穩壓器，隻有少量電容和電阻接在外部。

 

圖6. LTM8053 Silent Switcher 2 μModule。

 

總結

 

綜上所述，Silent Switcher功能和優勢將使您的開關模式電源設計更容易滿足CISPR 32和CISPR 25等各種抗噪標準要求。它們能夠 輕鬆有效地做到這一點是由於以下特性：

 

● 能夠在大於2 MHz開關頻率下進行高效轉換，並且對轉換效率的影響最小。

● 內部旁路電容減少EMI輻射並提供更緊湊的解決方案占板空間。

● 采用Silent Switcher 2技術基本上消除了PCB布局的敏感性。

● 可選展頻調製有助於降低噪聲敏感度。

● 使用Silent Switcher器件既可節省PCB麵積
，又可減少所需的層數。

 

 

推薦閱讀：