Page 49 - 企業轉型腳步不停歇2022年數位優先世界成形

DESIGN CORNER
設計新技術
低輻射4開關降壓/升壓型 控制器佈局
作者:Yonghwan Cho、Keith Szolusha，作者依序為ADI應用工程師、應用總監
汽車應用電路必須滿足嚴格的EMI標準，以避免干擾廣播和行動 服務頻段。在很多情況下，Silent Switcher和Silent Switcher 2 解決方案在滿足這些標準方面可以發揮重要作用。但是，在任何 情況下，都必須要精心佈局。本文專門討論4開關降壓-升壓型控 制器的兩種可能解決方案，並比較EMI室的測量結果。
佈局比較 圖1顯示了雙熱迴路和單熱迴
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4開關降壓-升壓轉換器將降 壓和升壓控制器結合在單一IC中， 當輸出低於輸入時，轉換器作為 降壓器;當輸出高於輸入時，轉換 器作為升壓器。在輸出和輸入接 近的區域中，所有四個開關都可 以工作。
路區域。研究團隊利用符合CISPR 25標準的EMI室發現，外露的開關 節點和較大熱迴路面積會產生干 擾性傳導EMI，尤其是在>30MHz (FM無線電頻段)時，這是最難衰減 的頻率範圍。
路的佈局與裝配板照片。每個板都 有四層:頂層(第1層)、第2層、第3 層和底層(第4層)。但是，圖中僅顯 示了頂層和底層。如圖1(a)所示， 熱迴路電容位於中心MOSFET的 左側和右側，形成相同的熱迴路。 開關節點過孔用於通過底層(如圖 1(c)所示)和第3層將開關節點SW1 和SW2連接到主電源電感。SW1和 SW2頂層銅節點採用大面積佈局， 以耗散電感和MOSFET的熱量，但 同時，大部分外露的SW1和SW2銅 節點成為EMI輻射源。如果電路板 安裝在底盤接地附近，則底盤和開 關節點銅之間會形成寄生電容。它 使高頻雜訊從開關節點流到底盤 接地，影響系統中的其他電路。在 符合CISPR 25標準的EMI室中， 高頻雜訊流過EMI設置和LISN的 接地台，外露的交換節點還會充當 天線，引起輻射EMI雜訊。
功率產品研究團隊利用ADI 位於加州聖克拉拉的內部EMI室， 對原始雙熱迴路同步佈局的有效 性進行了研究，看看能否使用替 代佈局來降低EMI雜訊以通過EMI 標 準。
對於具有單一熱迴路的原始 降壓-升壓佈局，透過重新佈置功 率MOSFET和熱迴路電容可以改 善其最小熱迴路。這種佈局稱為 單熱迴路，與之相對應的是雙熱 迴路。使用單一熱迴路的好處是 不僅開關損耗較小，而且能夠衰減 >30MHz的傳導發射(CE)，因為熱 迴路面積和開關節點的外露部分已 最小化。其有效性已透過如下方式 得到驗證:使用相同的控制器IC和 相同的功率元件，比較新佈局與雙 熱迴路佈局的EMI雜訊。實驗使用 了一個4個開關降壓-升壓控制器 LT8392及其兩種版本的展示電路 (DC2626A rev.2和rev.3)。
雙熱迴路佈局要求將熱迴路 陶瓷電容對稱放置在功率MOSFET 周圍，以遏制EMI雜訊。ADI的感測 電阻位置——在電感旁邊且在熱迴 路外部——使得這些迴路可以非常 小，從而大幅降低熱迴路的天線效 應。為了實現這種對稱性並使開關 節點能夠到達附近的電感，需要開 關節點貫孔，而這可能會影響熱迴
然而，單熱迴路在底層沒有外 露的開關節點銅，如圖1(d)所示。 在圖1(b)所示的頂層，熱迴路電容 僅放置在MOSFET的一側，這使得 開關節點可以連接到電感而無需 使用開關節點貫孔。
在單熱迴路佈局中，頂部和 2022年1月 | www.eettaiwan.com