减慢开关转换时要谨慎

Beware When Slowing Down Switching Transitions

作者：Frederik Dostal，ADI公司营销工程师

开关调节器中的开关瞬变是有利的，因为这显著降低了开关模式电源中的开关损耗。尤其是在开关频率时，可以大幅提开关调节器的效率。但是，开关转换也会带来一些负面影响。开关转换频率在20 MHz和200 MHz之间时，干扰会急剧增加。这就使得开关模式电源开发人员必须在频率范围内，在率和低干扰之间找到良好的折衷方案。此外，ADI公司提出了的Silent Switcher®，即使是快的开关边沿，也可能产生小电磁辐射。

 
图1.对开关模式电源进行开关转换，在开关节点处施加输入电压。

图1显示了和慢速开关转换。开关转换会给邻近电路段产生强的干扰耦合。存在电压突变的PCB走线可与具有阻抗的邻近走线产生容耦合。存在电流突变的PCB走线可与邻近走线产生电感耦合。通过减慢开关转换，可将这些影响降至低。图2显示了一种经验证适用于异步开关调节器的。此处，两个开关中的一个使用了肖特基二管。将电阻与自举电容CBOOT（提供边n沟道MOSFET的栅电压）串联，可减慢开关的开关转换。当无法直接调整功率MOSFET的栅信号线时，此技巧可用于集成开关调节器。如果将开关器与外部MOSFET配合使用，也可将电阻插入栅驱动走线中。电阻值通常小于100 Ω。

 
图2.使用自举电阻减慢异步降压转换器中的开关转换。

但是，大多数开关调节器都是具有边和低边有源开关的同步开关调节器。此处，在CBOOT路径中使用电阻无法明显减慢开关转换。如果此处还是使用与CBOOT并串联的电阻（如图3所示），则也将减慢边开关的开关转换。但是，这可能导致低边开关没有关闭。因此，边开关和低边开关可能同时瞬间打开。这将导致输入电压到接地之间出现破坏短路。这一点尤为关键，因为开关转换速度也受到工作温度等参数和半导体制造中的可变的影响。因此，即使是在实验室测试，也无法操作。要减慢具有集成开关的同步开关调节器的开关转换，应使用可通过电路直接设置开关转换速度的同步开关调节器。例如ADI公司的ADP5014。在这些集成电路中，可在：在减慢开关转换时，两个开关不同时导通，因此也不会发生短路，并且在CBOOT路径中都没有电阻。

 
图3.由于开关转换减慢而可能短路的同步降压转换器。

关于开关转换，近年来有一个重要的不容忽视。ADI公司的Silent Switcher使开关边沿的电磁辐射大幅降低，40 dB（10,000倍）。因此，可开发出具有快边沿且有小EMC问题的开关模式电源。在大多数情况下，Silent Switcher器件无需为了减少EMI而降低开关转换速度。通过Silent Switcher，在很大程度上消除了在大转换效率和小电磁干扰之间进行权衡的难题。

作者简介

Frederik Dostal曾就读于德埃尔兰根-纽伦堡大学微电子学。他于2001年开始工作，涉足电源管理业务，曾担任应用工程师职位，并在亚利桑那州凤凰城工作了4年，负责开关模式电源。他于2009年加入ADI公司，并在