4開關降壓-升壓轉換器將降壓和升壓控製器結合在單個IC中，當輸出低於輸入時
，轉換器用作降壓器
；當輸出高於輸入時，轉換器用作升壓器。在輸出和輸入接近的區域中，所有四個開關都可以工作。

 

功率產品研究團隊利用ADI公司位於加州聖克拉拉的內部EMI室，對原始雙熱回路同步布局的有效性進行了研究，看看能否使用替代布局來降低EMI噪聲以通過EMI標準。

 

雙熱回路布局要求將熱回路陶瓷電容對稱放置在功率MOSFET周圍，以遏製EMI噪聲。ADI公司獨特的檢測電阻位置——在電感旁邊且在熱回路外部——shidezhexiehuilukeyifeichangxiao，congerzuidaxiandudijiangdirehuiludetianxianxiaoying。weileshixianzhezhongduichengxingbingshikaiguanjiediannenggoudaodafujindediangan，xuyaokaiguanjiedianguokong，erzhekenenghuiyingxiangrehuiluquyu。yanjiutuanduiliyongfuheCISPR 25標準的EMI室發現

，裸露的開關節點和較大熱回路麵積會產生幹擾性傳導EMI，尤其是在>30 MHz（FM無線電頻帶）時

，這是最難衰減的頻率範圍。

 

對於具有單個熱回路的原始降壓-升壓布局，通過重新布置功率MOSFET和he熱re回hui路lu電dian容rong可ke以yi改gai善shan其qi最zui小xiao熱re回hui路lu。這zhe種zhong布bu局ju稱cheng為wei單dan熱re回hui路lu，與yu之zhi相xiang對dui應ying的de是shi雙shuang熱re回hui路lu。使shi用yong單dan個ge熱re回hui路lu的de好hao處chu是shi不bu僅jin開kai關guan損sun耗hao較jiao小xiao，而er且qie能neng夠gou衰shuai減jian>30 MHz的傳導發射(CE)，因為熱回路麵積和開關節點的裸露部分已最小化。其有效性已通過如下方式得到驗證：使用相同的控製器IC和相同的功率器件，比較新布局與雙熱回路布局的EMI噪聲。實驗使用了一個4個開關降壓-升壓控製器 LT8392及其兩種版本的演示電路（DC2626A rev.2和rev.3）。

 

布局比較

 

圖1顯示了雙熱回路和單熱回路的布局與裝配板照片。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，熱回路電容位於中心MOSFET的左側和右側，形成相同的熱回路。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頂層銅節點采用大麵積布局，以耗散電感和MOSFET的熱量。但同時，大部分裸露的SW1和SW2銅節點成為EMI輻(fu)射(she)源(yuan)。如(ru)果(guo)電(dian)路(lu)板(ban)安(an)裝(zhuang)在(zai)底(di)盤(pan)接(jie)地(di)附(fu)近(jin)，則(ze)底(di)盤(pan)和(he)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)銅(tong)之(zhi)間(jian)會(hui)形(xing)成(cheng)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)。它(ta)使(shi)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)從(cong)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)流(liu)到(dao)底(di)盤(pan)接(jie)地(di)，影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)其(qi)他(ta)電(dian)路(lu)。在(zai)符(fu)合(he)CISPR 25標準的EMI室中，高頻噪聲流過EMI設置和LISN的接地台。裸露的交換節點還會充當天線
，引起輻射EMI噪聲。

 

然而，單熱回路在底層沒有裸露的開關節點銅
，如圖1(d)所示。在圖1(b)所示的頂層
，熱回路電容僅放置在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過孔。

 

圖1.雙熱回路和單熱回路的布局與照片

 

在單熱回路布局中，頂部和底部MOSFET不對齊
，但其中一個旋轉90°以使熱回路盡可能小。圖1(e)和圖1(f)中的黃色高亮框比較了雙熱回路與單熱回路的熱回路大小。這些框表明，單熱回路的熱回路為雙熱回路的一半。

 

應當注意，圖1(a)所示的雙熱回路的兩個0402熱回路電容未被使用
，並且1210熱回路電容被擠壓到MOSFET以使熱回路最小。

 

剝離0402電容焊盤附近的阻焊層，以使1210電(dian)容(rong)連(lian)接(jie)良(liang)好(hao)。另(ling)外(wai)
，電(dian)感(gan)焊(han)盤(pan)附(fu)近(jin)的(de)阻(zu)焊(han)層(ceng)被(bei)移(yi)除(chu)，以(yi)在(zai)單(dan)熱(re)回(hui)路(lu)電(dian)路(lu)中(zhong)使(shi)用(yong)該(gai)同(tong)一(yi)電(dian)感(gan)。熱(re)回(hui)路(lu)越(yue)小(xiao)，意(yi)味(wei)著(zhe)回(hui)路(lu)的(de)總(zong)電(dian)感(gan)越(yue)小(xiao)。因(yin)此(ci)，開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)得(de)以(yi)減(jian)少(shao)，開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)和(he)開(kai)關(guan)電(dian)流(liu)的(de)LC振鈴也得以衰減。另外，較小的回路有助於降低30 MHz以上的傳導EMI，因為電磁輻射騷擾會影響該範圍內的傳導EMI。

 

ADI公司的專有峰值降壓/峰值升壓電流模式控製方案使得4開關降壓-升壓控製器可以形成最小的熱回路。電流檢測電阻與主電感串聯。相比之下
，競爭對手的控製器使用穀值降壓/峰值升壓電流模式控製方案，其中電流檢測電阻應放在底部MOSFET的源極和地之間。圖2顯示了此類器件之一的推薦降壓-升壓布局。如黃框所示
，熱回路大於雙熱回路或單熱回路。此外，檢測電阻的寄生電感增加了熱回路的總電感。

 

圖2.競爭器件LM5176的推薦降壓-升壓布局

 

EMI比較

 

雙熱回路和單熱回路的EMI是在符合CISPR 25標準的EMI室中測量，結果顯示於圖3中。圖3還給出了CISPR 25 Class 5標準限值。EMI結果繪製在同一圖中以比較差異，雙熱回路用黃線標示
，單熱回路用紅線標示。灰線是在環境條件下測得的本底噪聲。如圖4所示，雙熱回路的底層的裸露開關節點用銅帶屏蔽接地，以顯示該較小熱回路的效果如何。沒有銅屏蔽的雙熱回路的輻射遠高於圖3中的結果。輸出為12 V、8 A
，輸入電壓設置為13 V，以使電路工作在4開關切換模式。

 

圖3.雙熱回路和單熱回路的EMI比較曲線：(a) 電壓法傳導發射峰值和均值，(b) 電流探針法傳導發射50 mm峰值和均值

，(c) 電流探針法傳導發射750 mm峰值和均值，(d) 輻射發射垂直峰值和均值。

 

圖3(a)分別顯示了電壓法傳導發射的峰值和均值。單熱回路在30 MHz以上的CE要低5 dBμV，滿足CISPR 25 Class 5標準對峰值和均值CE的要求
，而雙熱回路在FM和VHF頻段（68 MHz至約108 MHz）的均值有過衝，如黃色高亮框所示。

 

請注意，在該頻率範圍內降低5 dbμv非常有挑戰性。單熱回路不僅在30 MHz的高頻範圍（這是最難衰減的區域）有效，在包括AM頻段（0.53 MHz至約1.8 MHz）的低頻(<2 MHz)範圍也有效。輻射總是越低越好

，尤其是當其為CE時，因為這會影響所有電連接的係統。

 

電流探針方法是CISPR 25 Class 5指定的另一種測量方法。它在距離DUT 50 mm和750 mm的兩個不同位置測量共模傳導發射，而電壓方法測量共模和差模的混合傳導發射。圖3(b)和3(c)比較了雙熱回路和單熱回路的電流探針法傳導發射。結果表明，單熱回路在30 MHz以上（尤其是FM頻段）具有更低的傳導發射，如黃色高亮框所示。與電壓法傳導發射不同，在AM頻段周圍的低頻處

，單熱回路相對於雙熱回路沒有顯著優勢。

 

 

圖4.雙熱回路的底層的屏蔽開關節點

 

最後，圖3(d)顯示了兩種不同降壓-升壓布局的輻射發射(RE)。結果幾乎相同，不過雙熱回路的尖峰在大約90 MHz時，比單熱回路高5 dbμv/m。

 

熱比較

 

圖5顯示了雙熱回路和單熱回路的熱比較。熱圖像是在9.4 V輸入電壓和SSFM開啟的情況下測得。9.4 V是4開關工作區域的最低點，此後工作模式切換到輸出電壓為12 V的2開關純升壓模式。因此，測試條件最為惡劣。雙熱回路的最熱元件、升壓側底部MOSFET和(he)單(dan)熱(re)回(hui)路(lu)的(de)溫(wen)度(du)幾(ji)乎(hu)相(xiang)同(tong)。雖(sui)然(ran)單(dan)熱(re)回(hui)路(lu)的(de)底(di)層(ceng)沒(mei)有(you)可(ke)以(yi)散(san)熱(re)的(de)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)通(tong)孔(kong)和(he)銅(tong)
，但(dan)由(you)於(yu)熱(re)回(hui)路(lu)較(jiao)小(xiao)，其(qi)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)低(di)於(yu)雙(shuang)熱(re)回(hui)路(lu)。另(ling)外(wai)，不(bu)使(shi)用(yong)開(kai)關(guan)節(jie)點(dian)過(guo)孔(kong)使(shi)得(de)單(dan)熱(re)回(hui)路(lu)的(de)頂(ding)層(ceng)能(neng)夠(gou)更(geng)好(hao)地(di)散(san)熱(re)

，因(yin)為(wei)MOSFET漏極焊盤和開關節點銅的接觸麵積大於雙熱回路的接觸麵積。

 

結論

 

新的高功率設計建議使用新型單熱回路降壓-升sheng壓ya布bu局ju。由you於yu開kai關guan節jie點dian的de裸luo露lu部bu分fen和he熱re回hui路lu麵mian積ji極ji小xiao
，單dan熱re回hui路lu具ju有you降jiang低di傳chuan導dao和he輻fu射she發fa射she的de明ming顯xian優you勢shi，而er不bu存cun在zai任ren何he散san熱re缺que點dian。值zhi得de注zhu意yi的de是shi，它ta能neng降jiang低di30 MHz以上的傳導發射
，這是最難衰減的頻率區域。由於ADI公司的4開關降壓-升壓控製器（LT8390/LT8390A、LT8391/LT8391A
、LT8392、LT8393、LT8253等）具備專有峰值降壓/峰值升壓電流模式控製特性，因此熱回路可以做得比競爭器件的熱回路小很多。該控製特性導致效率更高而EMI更低，使得ADI公司的4開關降壓-升壓控製器成為汽車應用或任何EMI敏感應用的出色選擇。

 

圖5.(a) 雙熱回路的熱圖像
，(b) 單熱回路的熱圖像。

 

 

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息
，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片
、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

 

推薦閱讀：