你的位置:首頁(yè) > EMC安規(guī) > 正文
反激同步整流對(duì)EMI的影響
發(fā)布時(shí)間:2021-09-08 來源:Siran Wang 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】過去十年間,移動(dòng)設(shè)備的快速發(fā)展讓手機(jī)應(yīng)用滲透到社會(huì)的方方面面。日常生活中,人們幾乎手機(jī)不離身。因此,大電池容量及快速充電速度成為手機(jī)最關(guān)鍵的殺手锏之一,這也對(duì)適配器提出了更高額定功率和更高功率密度的需求,且需求正呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
如今,5V/1A 輸出規(guī)格的適配器早已過時(shí),新設(shè)計(jì)的輸出規(guī)格通常在2A 以上,輸出電壓更是高達(dá) 20V。長(zhǎng)久以來,大部分手機(jī)市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者(如華為、Oppo 和Vivo),一直將大功率適配器作為配件隨附在手機(jī)包裝內(nèi)一同出售,這獲得了市場(chǎng)的積極反饋。而蘋果卻在2020 年的秋季新聞發(fā)布上,突然宣布取消附贈(zèng)標(biāo)準(zhǔn) 5V/1A手機(jī)適配器,這一變化催生了零部件市場(chǎng)大功率適配器需求的再次繁榮。
這些大功率手機(jī)適配器采用的最常用解決方案仍然是反激式拓?fù)洹H欢?,由于新的市?chǎng)趨勢(shì),采用 SR MOSFET 實(shí)現(xiàn)同步整流 (SR) 成為適配器設(shè)計(jì)方案的一大突破和創(chuàng)新。同步整流取代了傳統(tǒng)的肖特基二極管,成為適配器副邊主流解決方案。
同步整流基本原理
同步整流解決方案是采用 MOSFET 進(jìn)行輸出電流整流,相比于二極管相對(duì)固定的正向壓降來說,MOSFET 的壓降與電流和導(dǎo)通電阻成正比(見圖 1)。MOSFET 對(duì)整流的傳導(dǎo)功率損耗有很大影響。換句話說,通過選擇具有理想導(dǎo)通電阻的 SR MOSFET,SR 解決方案可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)二極管解決方案更好的效率和散熱性能,而這正是大功率適配器設(shè)計(jì)最關(guān)鍵的需求。
圖1: MOSFET 和二極管之間的 I-V 特性差異
眾所周知,在副邊帶肖特基二極管的傳統(tǒng)反激式變換器應(yīng)用中,二極管的開關(guān)特性(尤其是反向恢復(fù)電流)對(duì) EMI 性能有顯著影響。因此在實(shí)際應(yīng)用中必須謹(jǐn)慎處理。但用同步整流MOSFET代替二極管后,情況就完全不同了,因?yàn)镸OSFET沒有理論上的反向恢復(fù)效應(yīng)。
然而,這并不一定意味著同步整流解決方案的 EMI 問題更少。相反,設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)帶 SR 的反激解決方案時(shí)應(yīng)更加謹(jǐn)慎,尤其是在EMI 噪聲源和耦合路徑方面。
同步整流對(duì)EMI噪聲源幅度的影響
要了解同步整流對(duì) EMI 噪聲源的影響,首先要詳細(xì)了解同步整流的工作原理。大多數(shù)控制器基于漏源電壓 (VDS) 的直接檢測(cè)來驅(qū)動(dòng) SR MOSFET,因?yàn)樗恍枰c原邊進(jìn)行通信且降低了總 BOM 成本。圖 2 顯示出SR MOSFET 的導(dǎo)通和關(guān)斷通常由兩個(gè)閾值來控制。它們都是負(fù)電壓閾值,可以確保 SR MOSFET 在反向偏置時(shí)始終安全關(guān)斷。
圖2: 反激SR解決方案的基本工作原理
由上圖可以看出,兩端的體二極管有很短的導(dǎo)通時(shí)間:剛好在器件導(dǎo)通之前和 SR MOSFET 關(guān)斷之后。因此,時(shí)序控制對(duì) SR 控制器來說至關(guān)重要,因?yàn)檫@兩個(gè)導(dǎo)通時(shí)間會(huì)引入額外的傳導(dǎo)損耗(時(shí)間越長(zhǎng)損耗越嚴(yán)重)。 而且,如果關(guān)斷時(shí)間過長(zhǎng),則可能會(huì)因?yàn)镸OSFET體二極管比較差的特性而導(dǎo)致SR關(guān)斷后出現(xiàn)嚴(yán)重的反向恢復(fù)電流。
圖 3 顯示了體二極管的反向恢復(fù)電流由于 SR 提前 400ns 關(guān)斷而上升到 9A,然后由于漏電感又導(dǎo)致 80V 高壓尖峰。眾所周知,EMI問題與噪聲源的脈沖幅度和斜率密切相關(guān)。這相當(dāng)于反激變換器副邊更強(qiáng)的 EMI 噪聲源。
圖3: SR 提前關(guān)斷導(dǎo)致的高尖峰電流和電壓
如果 SR 關(guān)斷太晚,也會(huì)出現(xiàn)類似問題。圖 4 顯示了在由于傳播和驅(qū)動(dòng)延遲導(dǎo)致電流反向之后SR關(guān)斷的結(jié)果。因?yàn)樵吅透边匨OSFET 同時(shí)導(dǎo)通,將導(dǎo)致短時(shí)間的直通。結(jié)果,負(fù)電流上升到高達(dá)10A,它會(huì)在 SR MOSFET 關(guān)斷后導(dǎo)致 87V的高壓尖峰。
圖4: SR關(guān)斷延遲引起的高尖峰電流和電壓
為了緩解這些問題,良好控制 SR 導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間至關(guān)重要。圖 5 顯示了MPS提供的一款快速關(guān)斷智能 SR 控制器,MP6908。作為反激式同步整流控制器的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者,MP6908采用了目前業(yè)界最先進(jìn)的 SR 控制方案,其精密尖端的信號(hào)處理、專有柵極電壓調(diào)節(jié)功能和超快關(guān)斷速度實(shí)現(xiàn)了最佳的同步整流時(shí)序控制。
圖5: MPS MP6908 在反激方案中的典型應(yīng)用
通過控制導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)序,MP6908的電流和電壓(分別為 4A 和 62V)都只有一個(gè)相對(duì)較低的尖峰(見圖 6),這對(duì)降低 EMI 噪聲非常有效。
圖 6:MP6908 優(yōu)化的時(shí)序控制保證了低尖峰電流和電壓
SR 對(duì) CM 降噪效果的影響
市面上許多反激式同步整流解決方案都建議將 SR 放置在副邊繞組的低側(cè),因?yàn)?SR 控制器直接從輸出獲得偏置電源要簡(jiǎn)單得多。但傳統(tǒng)的肖特基二極管總是放在高側(cè),這說明這個(gè)位置也有其益處。事實(shí)上,在共模 (CM) 噪聲消除效果方面,反激式變換器中高側(cè)和低側(cè) SR 配置之間存在很大差異(參見圖 7)。
a) 采用低側(cè) SR 的 CM 噪聲耦合路徑
b) 采用高側(cè) SR 的 CM 噪聲耦合路徑
圖 7:高側(cè) SR 和低側(cè) SR 之間的比較
反激式變換器的每一側(cè)(原邊和副邊)都有一個(gè)主 CM 噪聲源,即開關(guān)器件和變壓器繞組連接在一起的位置(見圖 7)。
圖 7a 顯示了同步整流器放置在低側(cè)時(shí)的情況。原邊共模噪聲源和副邊共模噪聲源位于具有不同磁極的繞組末端。因此,兩個(gè)噪聲源的切換方向總是相反的。 由于兩個(gè)噪聲源位于變壓器的兩側(cè),因此每個(gè)噪聲源產(chǎn)生的 CM 噪聲具有累加效應(yīng),會(huì)產(chǎn)生更多噪聲。
圖 7b 顯示了當(dāng) SR 放置在高側(cè)時(shí),兩個(gè)噪聲源位于具有相同磁極的繞組末端。在這種情況下,兩個(gè)噪聲源的切換方向始終是相同的,兩者之間存在抵消作用。
基于以上對(duì) CM 噪聲耦合的分析,高側(cè) SR 配置在 EMI 性能方面比低側(cè)配置具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)中,高側(cè)和低側(cè)配置之間出現(xiàn) 3dB 或更大的差異也很常見。
結(jié)論
帶SR 的反激式適配器設(shè)計(jì)與帶肖特基二極管的傳統(tǒng)配置不同。采用同步整流解決方案的兩個(gè)主要目的是提高效率和散熱性能。但同時(shí)也需要考慮其他方面,例如 EMI 性能。
借助控制良好的反激式同步整流解決方案,設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)更佳性能、更低的器件額定功率、更高的產(chǎn)品可靠性并能最大限度地降低 EMI 噪聲。與此同時(shí),MPS 的MP6908等器件內(nèi)部集成了一個(gè)高壓穩(wěn)壓器,無(wú)需任何外部電路即可提供自偏置電源。再配合以高側(cè) SR,不僅可以開發(fā)出更尖端的適配器設(shè)計(jì),還可以降低 BOM 成本,而且無(wú)需擔(dān)心EMI 問題。
來源:MPS
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請(qǐng)聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀:
特別推薦
- AMTS 2025展位預(yù)訂正式開啟——體驗(yàn)科技驅(qū)動(dòng)的未來汽車世界,共迎AMTS 20周年!
- 貿(mào)澤電子攜手安森美和Würth Elektronik推出新一代太陽(yáng)能和儲(chǔ)能解決方案
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(六)——瞬態(tài)熱測(cè)量
- 貿(mào)澤開售Nordic Semiconductor nRF9151-DK開發(fā)套件
- TDK推出用于可穿戴設(shè)備的薄膜功率電感器
- 日清紡微電子GNSS兩款新的射頻低噪聲放大器 (LNA) 進(jìn)入量產(chǎn)
- 中微半導(dǎo)推出高性價(jià)比觸控 MCU-CMS79FT72xB系列
技術(shù)文章更多>>
- 意法半導(dǎo)體推出首款超低功耗生物傳感器,成為眾多新型應(yīng)用的核心所在
- 是否存在有關(guān) PCB 走線電感的經(jīng)驗(yàn)法則?
- 智能電池傳感器的兩大關(guān)鍵部件: 車規(guī)級(jí)分流器以及匹配的評(píng)估板
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(八)——利用瞬態(tài)熱阻計(jì)算二極管浪涌電流
- AHTE 2025展位預(yù)訂正式開啟——促進(jìn)新技術(shù)新理念應(yīng)用,共探多行業(yè)柔性解決方案
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
生產(chǎn)測(cè)試
聲表諧振器
聲傳感器
濕度傳感器
石英機(jī)械表
石英石危害
時(shí)間繼電器
時(shí)鐘IC
世強(qiáng)電訊
示波器
視頻IC
視頻監(jiān)控
收發(fā)器
手機(jī)開發(fā)
受話器
數(shù)字家庭
數(shù)字家庭
數(shù)字鎖相環(huán)
雙向可控硅
水泥電阻
絲印設(shè)備
伺服電機(jī)
速度傳感器
鎖相環(huán)
胎壓監(jiān)測(cè)
太陽(yáng)能
太陽(yáng)能電池
泰科源
鉭電容
碳膜電位器