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電子元件

熱回路究竟是什么?

  2020年01月17日  

當涉及到開關穩壓器及其電磁兼容性(EMC)時,總是會提到熱回路。尤其是優化印刷電路板上的走線布局時,更是離不開這個話題。但熱回路到底指的是什么?


        當涉及到開關穩壓器及其電磁兼容性(EMC)時,總是會提到熱回路。尤其是優化印刷電路板上的走線布局時,更是離不開這個話題。但熱回路到底指的是什么?
        開關穩壓器中需要不斷開關電流。這些電流通常比較大。每當電流流動時,會產生磁場。如果快速開關大電流,就會產生交變磁場。此外,如果開關電流時,路徑中存在寄生電感,就會產生電壓失調。電流會容性耦合到相鄰的電路部件中,并增加電源的噪聲輻射。綜上所述,我們可以說開關電流是導致開關模式電源產生噪聲的主要原因。圖1顯示了簡化的降壓轉換器拓撲結構。所有存在連續電流的線路都用藍色表示。所有快速開關電流的線路都用紅色表示。

圖1.具有連續電流的線路用藍色表示,存在開關電流的線路用紅色表示。

        圖1中的紅色線路是關鍵線路。它們看起來像一個電流回路,因此被稱為回路。熱回路意味著這個回路特別關鍵,因為它涉及到快速開關電流。如果我們仔細觀察這個回路,可以看到圖1中的紅色回路從來沒有真正的電流流過,這個因為兩個開關從來不會同時打開。它只是單條線路的組合,在特定時間會有電流流過,在其他時間則沒有電流流過。在圖2中,各連接線路旁的箭頭表示電流流動的方向。同時,通過指定的符號表示電流流過的時間。在其他時間,沒有電流流經該導體。
        表1顯示圖2中的每條紅色線路何時傳導電流,何時不傳導電流。在降壓穩壓器占空比周期的開啟時段,高壓側開關開啟,低壓側開關關閉,我們看到電流從輸入電容流出,通過高壓側開關,但是沒有電流流經低壓側開關。在占空比周期的關閉時段,電流通過低壓側開關(從地到開關節點),其他三條紅色線路則沒有電流流過。

表1.高壓側和低壓側開關狀態與降壓穩壓器占空比周期之間的關系

降壓穩壓器占空比周期

2中的符號

高壓側開關

低壓側開關

開啟時段

關閉時段

        從圖2中很容易看出,熱回路并不是一個獨立的電流回路,而是由兩個真實的電流回路組成的虛擬電流回路。

圖2.熱回路中電流方向不同的各個線路。

         圖3顯示電路所基于的實際電流回路。一個電流回路顯示為藍色,另一個顯示為綠色。在這些完整的電流回路之間,確實會反復出現開關操作;但是,在某些線路中,兩個電流回路中的電流流動方向相同,因此會疊加形成連續電流,就EMC而言影響不大。這些線路不會被稱為熱回路。

圖3.會導致所謂熱回路的實際電流回路。

        開關穩壓器的熱回路因開關穩壓器的拓撲結構而異。其設計應盡可能窄小緊湊,以減少噪音產生和傳播。ADI公司提供的Silent Switcher? 2技術通過將輸入電容集成到IC封裝,盡可能縮小關鍵熱回路。同時,將熱回路分成兩個對稱的形狀,可以產生兩個極性相反的磁場,從而大幅抵消輻射噪聲。Power by Linear提供的LT8609S 就是?采用這種技術的開關穩壓器。

標簽:開關穩壓器 電磁兼容性 | EMC | 熱回路我要反饋
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