降压转换器的应用具有局限性,因为其输出电压必须低于输入电压。类似地,升压转换器的输出电压必须高于其输入电压。当输出电压落在输入电压范围之间时,就给这两种拓扑的转换器造成一些困难。反激式转换器拓扑可以解决这个问题(图4)。

如何使PCB电路符合EMI和EMC兼容性的要求

图4. 反激式调节器在输入范围高于和低于输出电压的情况下都可保持稳定的输出

反激式转换器输入、输出端的电流均不连续,这使传导型噪声更加难以控制,这种转换器的噪声特性通常比升压型或降压型更差。存在于这种转换器的另一个问题是,变压器上每个绕组中的电流都不连续。这种不连续电流作用于变压器漏感就会产生高频电压尖刺,它可以传播到其它电路。初、次级线圈之间的空间间隔是造成漏感的主要原因。也就是说,漏感是由空气中的磁场引起的(因为磁芯中的磁场同时耦合至初级和次级线圈)。因此,因漏感而产生的电压尖刺会产生电磁辐射。

另一种解决输入和输出电压交叠问题的方法是采用单端主电感转换器(SEPIC)拓扑。SEPIC转换器类似于反激式电路,只是在变压器初级和次级线圈间连接了一个电容(图5)。在反激电流被切断时,这个电容提供了一条初级和次级线圈的续流通路,由于初级和次级线圈中的电流变为连续,因此改善了反激式电路的性能。从另一方面讲,增加反激式电路的输入输出电容通常也可以有效改善其噪声性能,使这种拓扑可以被接受。如果传导噪声和辐射噪声可能会成为问题的话,那么SEPIC电路要优于反激式。

图5. 不同于非常相似的反激式调节器,单端主电感转换器(SEPIC)具有连续的初级和次级电流,所产生的噪声更低。

线性后端调节

有些应用要求输出噪声非常小,而又无法接受线性调节器的低效率。这种情况下,采用开关调节器后接线性调节器的结构可能会比较适合。后端调节器可以削弱开关调节器产生的高频噪声,最终的噪声性能可以接近于一个单独的线性调节器。由于大部分电压转换由开关调节器完成,因而效率的损失要比完全采用线性调节器时小得多。

这种方案也可以用于在输入输出电压范围有重叠的应用中,替换反激式和SEPIC转换器。当输入电压低于输出时升压转换器工作,而当输入高于输出时线性调节器发挥作用。升压转换器和低压差(LDO)线性调节器可以被组合到单片IC中(图6)。这种器件具有一种跟踪模式,使升压转换器的输出电压总是高出LDO输出电压300mV。这样,LDO调节器能够保证具有足够的PSRR和电压裕量(输入减输出),可以在各种情况下抑制升压转换器的输出噪声。

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