當dang然ran

，基ji於yu磁ci性xing元yuan件jian的de開kai關guan穩wen壓ya器qi能neng夠gou緩huan解jie常chang見jian的de熱re問wen題ti
，這zhe是shi因yin為wei它ta們men通tong常chang具ju有you高gao的de轉zhuan換huan效xiao率lv，從cong而er在zai最zui終zhong應ying用yong要yao求qiu高gao輸shu出chu電dian流liu時shi可ke實shi現xian熱re設she計ji的de簡jian化hua。眾zhong所suo周zhou知zhi

，組zu件jian選xuan擇ze和he電dian路lu板ban布bu局ju在zai決jue定ding幾ji乎hu所suo有you電dian源yuan之zhi設she計ji成cheng敗bai方fang麵mian會hui起qi到dao重zhong要yao的de作zuo用yong。這zhe些xie方fang麵mian設she定ding了le它ta們men的de功gong能neng性xing EMI 和熱運行方式。對於新手來說，開關電源布局可能貌似一種“黑色”藝術，但是事實上它是設計的一個基本，而這方麵在設計過程的早期常常是被忽視的。由於功能性 EMI 要求始終是必須滿足的，因此對電源功能穩定性有好處的東西對其 EMI 輻射指標常常也是有益的。此外，從頭開始的良好布局不僅不會給設計增加任何成本，而且通過免除增加 EMI 濾波器、結構屏蔽
、EMI 測試時間和諸多電路板修改的需要


，實際上還能節省成本。

 

而且，當在設計中使用多個 DC/DC kaiguanmoshiwenyaqiyichanshengduogedianyuangui
，huotongguowenyaqidebinglianlaishixianjunliuhetigongjiaogaoshuchugonglvshi，youyuzaoshengsuoyinqideqianzaiganraowentihaihuijiaju。ruguosuoyoujunzaiyigexiangsidepinlvgongzuo (開關操作)，則由一個電路中的多個穩壓器產生的組合能量將集中在一個頻率上。該能量的存在會成為一個問題

，特別是如果印刷電路板 (PCB) 上其餘的 IC

、以及其他係統板彼此靠近且容易受到該輻射能量的不良影響。在安裝密度高和通常靠近電噪聲發生源 (例如：機械式開關感性負載、PWM 驅動功率輸出

、微處理器時鍾和接觸式開關) 的工業和汽車係統中

，這會格外麻煩。此外
，如果在不同的頻率執行開關操作，則互調分量會混疊至敏感的頻段中。

 

 

在zai重zhong視shi低di散san熱re量liang和he高gao效xiao率lv的de場chang合he中zhong，常chang常chang用yong開kai關guan穩wen壓ya器qi取qu代dai線xian性xing穩wen壓ya器qi。而er且qie，開kai關guan穩wen壓ya器qi通tong常chang是shi輸shu入ru電dian源yuan總zong線xian線xian路lu上shang的de第di一yi個ge有you源yuan組zu件jian
，因yin而er對dui於yu整zheng個ge產chan品pin設she計ji的de EMI 性能具有重大的影響。

 

傳導輻射“騎”在(zai)連(lian)接(jie)至(zhi)某(mou)個(ge)產(chan)品(pin)的(de)導(dao)線(xian)和(he)走(zou)線(xian)上(shang)。由(you)於(yu)噪(zao)聲(sheng)集(ji)中(zhong)到(dao)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)某(mou)個(ge)特(te)定(ding)端(duan)子(zi)或(huo)連(lian)接(jie)器(qi)，因(yin)此(ci)與(yu)傳(chuan)導(dao)輻(fu)射(she)要(yao)求(qiu)的(de)相(xiang)符(fu)性(xing)通(tong)常(chang)可(ke)利(li)用(yong)良(liang)好(hao)的(de)布(bu)局(ju)或(huo)濾(lv)波(bo)器(qi)設(she)計(ji)在(zai)開(kai)發(fa)過(guo)程(cheng)的(de)早(zao)期(qi)予(yu)以(yi)保(bao)證(zheng)。輻(fu)射(she)發(fa)射(she)是(shi)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)的(de)另(ling)外(wai)一(yi)件(jian)事(shi)情(qing)。電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)每(mei)個(ge)傳(chuan)輸(shu)電(dian)流(liu)的(de)組(zu)件(jian)和(he)線(xian)路(lu)都(dou)輻(fu)射(she)一(yi)個(ge)電(dian)磁(ci)場(chang)。電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)每(mei)一(yi)根(gen)走(zou)線(xian)都(dou)是(shi)一(yi)個(ge)天(tian)線(xian)

，而(er)每(mei)個(ge)銅(tong)平(ping)麵(mian)則(ze)是(shi)一(yi)個(ge)諧(xie)振(zhen)器(qi)。任(ren)何(he)電(dian)信(xin)號(hao) (純正弦波或 DC 電壓除外) 都(dou)將(jiang)在(zai)整(zheng)個(ge)信(xin)號(hao)頻(pin)譜(pu)上(shang)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)。即(ji)使(shi)采(cai)取(qu)了(le)謹(jin)慎(shen)的(de)設(she)計(ji)
，電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)師(shi)在(zai)對(dui)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)之(zhi)前(qian)都(dou)絕(jue)對(dui)不(bu)會(hui)真(zhen)正(zheng)知(zhi)道(dao)輻(fu)射(she)發(fa)射(she)將(jiang)糟(zao)糕(gao)到(dao)什(shen)麼(me)程(cheng)度(du)。而(er)且(qie)
，直(zhi)到(dao)設(she)計(ji)基(ji)本(ben)完(wan)成(cheng)才(cai)能(neng)正(zheng)式(shi)實(shi)施(shi)輻(fu)射(she)發(fa)射(she)測(ce)試(shi)。

 

濾波器常用於通過衰減某個特定頻率上或某個頻率範圍內的信號強度來降低 EMI。穿越空間傳輸的部分該能量 (輻射能量) 通過增設金屬和磁屏蔽加以衰減。“騎”在 PCB 走線上的那部分能量 (傳導能量) 則通過增設鐵氧體磁珠和其他濾波器進行抑製。EMI 雖然是不可消除
，但是能夠被衰減至一個其他通信
、信號處理和數字組件可以接受的水平。此外

，有幾家管理機構強製執行標準以確保在工業和汽車係統中均實現相符性。

 

采(cai)用(yong)表(biao)麵(mian)貼(tie)裝(zhuang)技(ji)術(shu)的(de)新(xin)式(shi)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)器(qi)組(zu)件(jian)擁(yong)有(you)優(you)於(yu)通(tong)孔(kong)式(shi)元(yuan)件(jian)的(de)性(xing)能(neng)。然(ran)而(er)，這(zhe)種(zhong)改(gai)善(shan)的(de)步(bu)伐(fa)落(luo)後(hou)於(yu)當(dang)今(jin)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)所(suo)產(chan)生(sheng)之(zhi)需(xu)求(qiu)的(de)增(zeng)速(su)。由(you)於(yu)較(jiao)快(kuai)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)的(de)原(yuan)因(yin)，在(zai)較(jiao)高(gao)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)上(shang)要(yao)求(qiu)的(de)低(di)最(zui)小(xiao)導(dao)通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)時(shi)間(jian)會(hui)產(chan)生(sheng)較(jiao)高(gao)的(de)諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)
，從(cong)而(er)增(zeng)加(jia)輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng)。然(ran)而(er)，這(zhe)些(xie)高(gao)開(kai)關(guan)邊(bian)緣(yuan)速(su)率(lv)是(shi)獲(huo)得(de)較(jiao)高(gao)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)所(suo)必(bi)需(xu)的(de)。開(kai)關(guan)電(dian)容(rong)器(qi)充(chong)電(dian)泵(beng)並(bing)未(wei)呈(cheng)現(xian)這(zhe)種(zhong)運(yun)行(xing)方(fang)式(shi)
，因(yin)為(wei)它(ta)工(gong)作(zuo)在(zai)低(di)得(de)多(duo)的(de)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)，而(er)且(qie)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)能(neng)夠(gou)容(rong)許(xu)較(jiao)慢(man)的(de)開(kai)關(guan)轉(zhuan)換(huan)，並(bing)不(bu)會(hui)導(dao)致(zhi)效(xiao)率(lv)的(de)下(xia)降(jiang)。

 

精明懂行的 PCB 設計師將縮小熱回路，並采用與有源層盡可能靠近的屏蔽接地層。盡管如此，器件引出腳配置、封裝結構、熱(re)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)和(he)在(zai)去(qu)耦(ou)組(zu)件(jian)中(zhong)存(cun)儲(chu)充(chong)足(zu)能(neng)量(liang)所(suo)需(xu)的(de)封(feng)裝(zhuang)尺(chi)寸(cun)還(hai)是(shi)決(jue)定(ding)了(le)熱(re)回(hui)路(lu)尺(chi)寸(cun)必(bi)須(xu)最(zui)小(xiao)化(hua)。讓(rang)事(shi)情(qing)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)是(shi)


，在(zai)典(dian)型(xing)的(de)平(ping)麵(mian)型(xing)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)中(zhong)
，走(zou)線(xian)之(zhi)間(jian)高(gao)於(yu) 30MHz 的磁性或變壓器型耦合將削弱濾波器所產生的各種作用
，這是因為諧波頻率越高，就會成為不良影響越強的有害磁耦合。

 

 

充電泵已經存在了幾十年，它們提供 DC/DC dianyazhuanhuan，shiyongyigekaiguanwangluoduilianggehuogengduodedianrongqijinxingchongdianhefangdian。jibendechongdianbengkaiguanwangluozaidianrongqidechongdianhefangdianzhuangtaizhijianqiehuan。rutu 1 所示
，“飛跨電容器”C1 負責往返運送電荷，“儲能電容器”C2 用於保存電荷並對輸出電壓進行濾波。附加的“飛跨電容器”和開關陣列可實現多種增益。

 

圖 1：電壓逆變器的簡化充電泵方框圖

 

當開關 S1 和 S3 導通 (即閉合)
，而開關 S2 和 S4 切斷 (即開路) 時，輸入電源為 C1 充電。在下一個周期中
，S1 和 S3 斷開
，S2 和 S4 導通，電荷轉移至 C2
，從而產生 VOUT = – (V+)。

 

然而直到近期
，充電泵一直存在著輸入和輸出電壓範圍有限的問題
，因而限製了其在輸入常常高達 40V 或更高的工業和汽車應用中的使用。

 

在該領域中新近推出的一款產品是淩力爾特的 LTC3256。它是高集成度、高電壓低噪聲雙輸出電源，采用單一正輸入電壓，無需電感器並以高效率提供 5V 和 3.3V 降壓電源。該器件在很寬的 5.5V 至 38V 輸入電壓範圍內工作，包括可獨立地使能的雙輸出：5V 100mA 電源
，以及 250mA 3.3V 低壓差 (LDO) 穩壓器

，總共提供 350mA 可用輸出電流。與雙 LDO 解決方案相比，這些穩壓器結合使用後的功耗會低得多。例如，在 12V 輸入和兩個輸出均為最大負載情況下，LTC3256 的功耗降低超過 2W (相比於雙 LDO 方案)，從而顯著減少了熱損耗和輸入電流。這款器件的完整原理圖請見圖 2。

 

圖 2：LTC3256 原理圖具有一個 5V/100mA 輸出和一個 3.3V/250mA 輸出

 

LTC3256 專為符合 ISO26262 診斷覆蓋要求的係統而設計

，納入了豐富的安全和係統監視功能。該器件非常適合要求采用高電壓輸入提供低噪聲、低電源軌的各種應用，例如：汽車 ECU / CAN 收發器電源、工業 / 電信內務處理電源
、以及通用型低功率轉換。

 

LTC3256 通過以 2:1 模式運行充電泵，在盡可能寬的工作範圍內最大限度提高效率，並在需要時自動切換到 1:1 模式，以與 VIN 和負載情況保持一致。受控輸入電流和軟切換最大限度降低了傳導和輻射 EMI。該器件在兩個輸出均處於調節狀態 (無負載) 時
，靜態電流僅為很低的 20μA，在停機模式中則為 1μA。集成的看門狗定時器、獨立的電源良好輸出以及複位輸入確保了可靠的係統運行並實現故障監視。1.1V 緩衝基準輸出允許針對安全運行至關重要的應用進行係統自測試診斷。LTC3256 還提供額外的安全功能

，包括過流故障保護
、過熱保護和 38V 輸入瞬態容限。

 

下麵圖 3 中的曲線圖突出顯示了 LTC3256 的優良功耗特性。在 12VIN 時，具有 3.3V/250mA 和 5V/100mA 輸出的 LTC3256 消耗約 750mW 功率，而雙 LDO 方案在相同條件下的功耗則幾乎達到 3W。也就是說 LTC3256 的功耗少了 2.25W，對於設計的熱方麵而言這是一個巨大的好處。

 

圖 3：LTC3256 與雙 LDO 的功耗特性比較

 

 

眾所周知
，在初始設計過程中需要謹慎地關注 EMI 考慮因素，以確保它們將在係統設計完成之時順利通過 EMI 測試。迄今為止，除了非常低功率係統之外

，還沒有萬無一失方法來保證利用正確的電源 IC 選擇就能輕鬆地如願以償。不過，隨著最近 LTC3256 高電壓充電泵等低 EMI 穩壓器的推出
，現在有了一種可用的替代選擇。它可提供高得多的效率和較低的功耗 (當與線性穩壓器相比)，而且不必應對采用開關穩壓器時存在的補償
、布局、磁學和 EMI 問題。