探討低功率噪聲問(wèn)題
便攜式應(yīng)用如手機(jī)和掌上電腦,對(duì)電磁場(chǎng)非常敏感,這使電磁噪聲成為一個(gè)突出的問(wèn)題。轉(zhuǎn)換器在兆赫范圍內(nèi)工作,即使低功率轉(zhuǎn)換器也會(huì)在瞬態(tài)過(guò)程中產(chǎn)生噪聲,高頻開關(guān)會(huì)和電路的寄生元件交互作用,產(chǎn)生不可控制的噪聲。另外,相關(guān)的電壓尖峰難以濾除,因此需要詳細(xì)的轉(zhuǎn)換器工作分析來(lái)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。當(dāng)然,機(jī)械布局是減小EMI的關(guān)鍵因素。
本文的主要目的是闡明這種噪聲的來(lái)源,并且評(píng)估系統(tǒng)的EMI 污染風(fēng)險(xiǎn)。NCP5007器件和基于PWM 的結(jié)構(gòu)將用以在一個(gè)實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行相關(guān)工程測(cè)試。
NCP5007 的基本分析
NCP5007 是專為用作LCD背光或照相閃光燈的高效白色LED供電的DC-DC轉(zhuǎn)換器。其正常工作時(shí)典型電壓Vf為3.8V,因此LED不能用標(biāo)準(zhǔn)的3.6V電池組供電,必須提供一個(gè)升壓電路來(lái)將電壓提高到二極管需要的偏置。而且,這些LED通常串聯(lián)以獲得二極管中的恒定電流,確保LCD顯示器上有均勻和恒定的亮度。
典型應(yīng)用如圖1所示。它驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)LCD 顯示器的背光,由外部CPU或其它數(shù)字控制器提供命令位EN。
帶一個(gè)10W的檢測(cè)電阻,在溫度范圍內(nèi)通過(guò)LED的直流電流是20mA,公差為±10%。輸出電壓是 19V(典型值 ),而且1mF電容必須相應(yīng)調(diào)整。C1和C2必須使用陶瓷類型的X5R。
EN信號(hào)(使能端,引腳3 ) 用于接通/斷開二極管,當(dāng)EN = Vbat時(shí),芯片為L(zhǎng)ED提供恒定的電流。另一方面,通過(guò)在引腳3上施加PWM信號(hào),EN信號(hào)也可以用于控制背光的亮度。
基本上,芯片在PFM 模式中以兩個(gè)周期工作：
周期 #1 ：能量?jī)?chǔ)存到電感中
周期 #2 ：能量提供給負(fù)載
當(dāng)然,從實(shí)際的角度看,電感必須調(diào)整,以處理電路中的峰值電流,避免磁心的飽和。更重要的是,鐵氧體材料能夠在高頻工作(>1MHz),以降低周期中的渦流損耗。
簡(jiǎn)化的PSPICE模型(見圖2)包括和NCP5007內(nèi)部鍵合有關(guān)的寄生電感,以及輸出引腳和地之間的雜散電容。負(fù)載由白色LED LWT67C 模型(OSRAM GmbH)提供,它并聯(lián)了一個(gè)1mF的儲(chǔ)能電容。電感包括ESR和引線產(chǎn)生的雜散電容。由于此時(shí)印制線和引線ESR,的重要性不占首位,所以可以忽略,除非布局實(shí)在太差。
脈沖尖峰VSPK#1
假設(shè)系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作,流進(jìn)NMOS的電流突然切斷而且電壓上升( 根據(jù)愣次定律),直到肖特基二極管正向偏置。當(dāng)輸出電壓高于Vout +Vf時(shí),電感電流流向負(fù)載 。在輸出電壓為正斜率時(shí),因?yàn)镹MOS 元件斷開雜散電容和寄生電感產(chǎn)生了一個(gè)LC振蕩網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)MBR0530數(shù)據(jù)表,內(nèi)部雜散電容從170pF(Vr=0V時(shí)) 變?yōu)?b>40pF ( Vr =
