【導讀】許多工業(yè)和汽車應用中都使用了同步降壓轉(zhuǎn)換器電源拓撲結(jié)構；此類應用還要求具有低傳導放射和輻射放射特性，以確保電源不會干擾共用同一條總線的其它設備（輸入電壓 [VIN]）。例如，在汽車信息娛樂系統(tǒng)中，電子干擾(EMI) 會在汽車立體音響中發(fā)出撓人的噪音。
圖1顯示了同步降壓轉(zhuǎn)換器的原理圖以及其開關節(jié)點波形。高側(cè)MOSFET的開關速度和高側(cè)/低側(cè)MOSFET與印刷電路板(PCB)雜散電感和電容都具有在開關節(jié)點波形達到峰值時振鈴的功能。而我們不需要開關節(jié)點波形振鈴，因為它會增大低側(cè)MOSFET的電壓應力，并產(chǎn)生電磁干擾。
圖1：同步降壓轉(zhuǎn)換器
為了確定圖1中降壓轉(zhuǎn)換器的開關節(jié)點振鈴與其所產(chǎn)生電磁干擾之間的關系，我按照國家無線電干擾特別委員會(CISPR) 25 Class 5的規(guī)定進行了傳導放射測試。圖2顯示了測試的結(jié)果。測得的數(shù)據(jù)顯示：在30MHz-108MHz的頻率范圍內(nèi)，降壓轉(zhuǎn)換器的傳導放射值比Class 5限制高出了15dBµV。
圖2：CISPR 25 Class 5, 30MHz-108MHz，降壓轉(zhuǎn)換器 VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT= 5A
要降低電磁輻射，首先要降低開關節(jié)點的振鈴噪聲。有以下幾種方法：首先減緩MOSFET的接通和關閉時間，從而控制開關節(jié)點的上升和下降時間。在串聯(lián)電阻器（RHO與RLO）上加裝MOSFET的柵極引線即可實現(xiàn)該功能；參見圖3。第二步是在開關節(jié)點與接地之間加裝一個緩沖器（RSUB與CSUB）。緩沖器電路可以在轉(zhuǎn)換過渡期間抑制寄生電感和電容。
圖3：接通和關閉電路
除利用上述方法來降低開關節(jié)點振鈴噪音外，還有另一種方法，就是使用LM5140-Q1符合汽車應用要求的同步降壓控制器。LM5140-Q1的一大重要特性是轉(zhuǎn)換速率控制。通過引出驅(qū)動器的源側(cè)和接收側(cè)引線，可以獨立控制高/低側(cè)MOSFET的接通和關閉時間。
在低側(cè)MOSFET關閉和高側(cè)頂部MOSFET接通期間，開關節(jié)點電壓從接地升至VIN。如果高側(cè)頂部MOSFET接通過快，則在過渡時開關節(jié)點電壓會過沖。增大RHO電阻可以降低高側(cè)MOSFET的驅(qū)動電流，減緩該MOSFET的接通時間，同時有助于降低開關節(jié)點振鈴噪音。注意：減慢高側(cè)MOSFET的關閉時間會增大開關損耗。在低電磁輻射和高側(cè)MOSFET的開關損耗之間選用RHO時，需要做一個權衡折衷。
低側(cè)MOSFET損耗包括RDS(ON)損耗、空載時間損耗和MOSFET內(nèi)部體二極管的損耗?？蛰d（高/低側(cè)MOSFET均處于關閉狀態(tài)）時，低側(cè)MOSFET的內(nèi)部體二極管可傳導感應器電流。一般情況下，MOSFET的內(nèi)部體二極管都有較高的正向電壓降，因此其效率會大幅降低。而縮短低側(cè)MOSFET內(nèi)部體二極管傳導電流的時間可以提高效率。
利用轉(zhuǎn)換速率控制可以在LM5140-Q1驅(qū)動器輸出（LO引腳）和低側(cè)MOSFET柵極之間插入一個電阻器(ROL)，用來延長低側(cè)MOSFET關閉所需的時間。減慢關閉時間可以減少低側(cè)和高側(cè)MOSFET傳導的空載時間，提高降壓轉(zhuǎn)換器的效率。縮短同步降壓的空載時間時，切勿同時傳導高側(cè)和低側(cè)MOSFET。
圖4：降壓轉(zhuǎn)換器開關節(jié)點波形和轉(zhuǎn)換速率控制
我使用LM5140-Q1控制器（參見圖4）改裝了圖1所示的電源。使用轉(zhuǎn)換速率控制優(yōu)化開關節(jié)點的上升和下降時間，消除了開關節(jié)點的振鈴噪音。
下一步是進行CISPR 25 Class 5傳導放射。我選用了以下轉(zhuǎn)換速率控制電阻器值：RHO = 10?, RHOL = 0?, RLO = 10? 和 RLOL = 10?。選擇用于此應用的電阻器對于輸入功率低于50W的任何應用來說都是一個很好的起點。
圖5顯示了傳導放射測試的結(jié)果和總結(jié)。
圖5：轉(zhuǎn)換速率控制比較：CISPR 25 Class 5, VIN = 12V, VOUT = 3.3V, IOUT = 5A，無轉(zhuǎn)換速率控制(a)和有轉(zhuǎn)換速率控制(b)
降壓轉(zhuǎn)換器借助LM5140-Q1和轉(zhuǎn)換速率控制將傳導放射降低了21dBµV。此外還增強了對開關節(jié)點上升和下降的控制，同時無需使用緩沖電路，降低了電路的復雜性和成本。
挑選出轉(zhuǎn)換速率控制電阻器的正確值，不僅可以降低電磁輻射，還能同時提高系統(tǒng)的效率。
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