使用多個切換式穩壓器的電路板,也可以實現低雜訊系統設計

常見系統中使用多種不同切換頻率的切換式穩壓器,如下圖,控制器的輸入/輸出 ( I/O ) 需要 2.5 V,內核需要 0.9 V,傳感器需要 3.3 V。接口 USB 也需要不同的電壓 5 V。為了盡可能提高能源效率,現在的各個 DC-DC 轉換級應用中都會使用切換式穩壓器。

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。

通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 引腳 ( 如 LTC3418 ),可將時鐘信號提供給該引腳。借助內部鎖相迴路 ( PLL ),每個 DC-DC 轉換器的切換頻率設置為所提供的頻率。

這是一個很不錯的解決方案,但此時鐘信號如何產生?由於降壓轉換器會產生輸入側脈衝電流, 如下圖。

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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 時鐘信號在這裡提供了一種補救措施。這大大降低了切換式穩壓器輸入側的傳導發射。

LTC6902 是一款小型附加時鐘產生器,用於控制系統中多個切換式穩壓器的 SYNC 引腳。該時鐘器件可以提供 100 kHz至 20 MHz的時鐘信號,以一定的相移分別驅動多達四個切換式穩壓器的 SYNC 引腳,而且如果需要,甚至可以使用可選的展頻 (SSFM) 來降低頻域中的個別峰值。在某些應用中,通過這個技巧可以滿足不同的 EMC 要求。

下圖顯示了採用 LTC6902 多相振盪器的電源架構。它由 5V 電壓供電。該電壓由一個將 12V 轉換為 5V 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,然後再提供外部時鐘,則一般不會有問題。詳細信息可在相應開關穩壓器的數據手冊中找到。

即使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。除了通常的優化(例如選擇合適的切換式穩壓器、優化電路板布局、添加各種濾波器),使用額外的時鐘模組也可能有助。