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透過同步切換式穩壓器降低雜訊

本文作者:Frederik Dostal       點擊: 2022-08-19 16:12
前言:
現今大多數電子電路都需要多個電源電壓。20年前,通用5 V電源電壓足以滿足TTL邏輯和系統中所有其他部分的需求。如今,微控制器的輸入/輸出(I/O)需要2.5 V,核心需要0.9 V,感測器需要3.3 V。介面也需要不同的電壓,例如USB為5 V。為了盡可能提升能源效率,現今的各個DC-DC轉換級應用中都會使用切換式穩壓器。
 
圖1顯示了一個典型電源轉換架構。 
圖1. 12 V電源軌上的各種切換式穩壓器
 
如果在系統中使用多種不同切換頻率的切換式穩壓器,則在頻譜中不僅會看到各自的基頻及其諧波,還會看到與不同切換式穩壓器的頻率之差相對應的拍頻。
 
透過讓系統中的不同切換式穩壓器同步,可以緩解切換式穩壓器輸入端產生的輻射發射和傳導發射問題。許多DC-DC轉換器IC具有SYNC接腳,可將時脈訊號提供給該接腳。借助內部鎖相迴路(PLL),每個DC-DC轉換器的切換頻率設定為所提供的頻率。
 
圖2. 降壓轉換器產生輸入側脈衝電流
 
這是一個很不錯的解決方案,但此時脈訊號如何產生?由於降壓轉換器會產生輸入側脈衝電流,因此確保它們不會同時從輸入源汲取電流是有意義的。相移的外部SYNC時脈訊號在這裡提供了一種補救措施。大幅降低了切換式穩壓器輸入側的傳導發射。
 
LTC6902 為一款小型附加時脈產生器,用於控制系統中多個切換式穩壓器的SYNC接腳。其為電源開發人員工具箱中的有用工具之一。該時脈元件可以提供 100 kHz至20 MHz的時脈訊號,以一定的相移分別驅動多達四個切換式穩壓器的SYNC接腳,而且如果需要,甚至可以使用可選式展頻(SSFM)來降低頻域中的個別峰值。在某些應用中,透過此技巧可以滿足不同的EMC要求。
 
圖3顯示了圖1中採用LTC6902多相振盪器的電源架構。其由5 V電壓供電。該電壓由一個將12 V轉換為5 V的降壓轉換器產生。對於切換式穩壓器,如果它們首先使用自己的內部振盪器獨立啟動,然後再提供外部時脈,則一般不會有問題。詳細資訊可在相應切換式穩壓器的產品手冊中找到。 
圖3. 使用LTC6902等外部時脈產生器模組解決時脈問題
 
除了4相元件LTC6902之外,還有2相元件 LTC6908和8相器件 LTC6909。
 
如果一片電路板上有多個切換式穩壓器,也可以實現低雜訊系統設計。除了一般的優化(例如選擇合適的切換式穩壓器IC、優化電路板佈局、增加各種濾波器),使用額外的時脈模組也可能會有所幫助。
 

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