通过静音开关稳压器设计降低EMI并提高效率

开关稳压器在重视低散热和效率的领域取代线性稳压器。开关稳压器通常是输入电源总线上的第一个有源元件，因此对整个转换器电路的EMI性能有重大影响。

采用表面贴装技术的现代输入滤波器元件比通孔器件具有更好的性能。然而，开关稳压器工作开关频率的增加超过了这种改进。更高的效率、更低的最小导通和关断时间由于开关转换速度更快，导致更高的谐波含量。

开关频率每增加一倍，当所有其他参数（如开关容量和转换时间）保持不变时，EMI就会变差6dB。如果开关频率增加20×，宽带EMI的行为类似于一阶高通，发射将高出10dB。

精明的PCB设计人员将使热回路变小，并使用尽可能靠近有源层的屏蔽GND层;然而，引脚排列、封装结构、热设计要求和去耦元件中充分储能所需的封装尺寸决定了一定的最小热回路尺寸。

为了使布局更具挑战性，在典型的平面印刷电路板上，30MHz以上走线之间的磁性或变压器式耦合将减少所有滤波器工作，因为谐波频率越高，不需要的磁耦合就越有效。

久经考验的解决方案是在整个电路中使用屏蔽盒。当然，这会增加成本，增加所需的电路板空间，使热管理和测试更加困难，并引入额外的组装成本。另一种常用方法是减慢开关边沿的速度。这会产生降低效率、增加最小导通、关断时间以及所需死区时间的不良影响，并损害潜在的电流控制环路速度。

LT8614 静音开关稳压器最大限度地降低了 EMI/EMC 辐射，同时在高达 3MHz 的频率下提供了高效率

借助凌力尔特的新型LT8614静音开关稳压器，您无需使用屏蔽即可获得屏蔽盒的效果，并消除了上述缺点。参见图1。

LT8614 具有 LT861x 系列中仅 2.5μA 工作电流的世界级低 IQ。这是器件在稳压、无负载时消耗的总电源电流。

它具有与该系列相同的超低压差，仅受内部顶部开关的限制。与其他解决方案不同，LT8614 的 RDSON 不受最大占空比和最小关断时间的限制。该器件在压差时跳过其关断周期，仅执行所需的最小关断周期，以保持内部顶部开关升压级电压的维持，如图6所示。

同时，最小工作输入电压典型值为 2.9V （最大值为 3.4V），该器件可在压差器件的情况下提供 3.3V 电源轨。LT8614 在高电流条件下的效率高于 LT8610 / LT8611，因为其总开关电阻较低。它还可以同步至工作频率范围为 200kHz 至 3MHz 的外部频率。

交流开关损耗低，因此可以在高开关频率下工作，而不会造成太大的效率损失。在 EMI 敏感型应用中（如汽车环境），可以实现良好的平衡，LT8614 既可以在低于 AM 频段以降低 EMI，也可以在高于 AM 频段运行。在具有700kHz工作开关频率的设置中，标准LT8614演示板不会超过CISPR25测量中的本底噪声。

图2的测量是在电波暗室中进行的，电波暗室为12V，输出电压为3.3V，电流为2A，固定开关频率为700kHz。

为了将LT8614静音开关稳压器技术与当前最先进的开关稳压器进行比较，该器件针对LT8610进行了测量。测试是在GTEM电池中进行的，在两个器件的标准演示板上使用相同的负载、输入电压和相同的电感。

可以看出，与LT20已经非常好的EMI性能相比，使用LT8614静音开关器技术可提高高达8610dB，特别是在更难以管理的更高频率区域。这使得设计更简单、更紧凑，与整体设计中的其他敏感系统相比，LT8614 开关电源需要更少的滤波和距离。

在时域中，LT8614在开关节点边缘表现出非常良性的行为，如图3所示。

即使在 4ns/格时，LT8614 静音开关稳压器也显示出非常低的振铃（参见图 3）。LT8610具有良好的阻尼振铃（图3），但与LT8614相比，热回路中存储的能量更高。

图4显示了13.2V电压下的开关节点。可以看到LT8614与理想方波的偏差极低。图 3 至 5 中的所有时域测量均使用 500MHz 泰克 P6139A 探头完成，探头尖端屏蔽与 PCB GND 平面紧密连接，均在标准演示板上。

除了在汽车环境中具有42V绝对最大输入电压额定值外，压差特性也非常重要。通常，关键的3.3V逻辑电源需要在冷启动情况下得到支持。在这种情况下，LT8614 静音开关稳压器保持了 LT861x 系列接近理想性能。LT8610 / LT8611 / LT8614 器件在低至 3.4V 的电压下工作，并在必要时尽快开始跳过周期，而不是替代器件的更高欠压闭锁电压和最大占空比箝位，如图 5 所示。这会产生理想的压差行为，如图6所示。

LT8614 的 30ns 低最小导通时间即使在高开关频率下也能实现较大的降压比。因此，它可以从高达 42V 的输入提供单次降压的逻辑内核电压。

总之，LT8614 静音开关稳压器可将当前最先进的开关稳压器的 EMI 降低 20dB 以上，同时提高了转换效率，且没有缺点。在 10MHz 以上的频率范围内，EMI 可提高 30×，而不会影响相同电路板面积内的最小导通和关断时间或效率。这是在没有特殊组件或屏蔽的情况下实现的，代表了开关稳压器设计的重大突破。迄今为止，在单个IC中实现这种性能水平是不可能的。这只是一种突破性产品，允许终端系统设计人员将他们的产品提升到一个新的水平。

审核编辑：郭婷