如何將電源開關(guān)頻率保持在 AM 無線電頻段以上

當(dāng)我們選擇特定的電源設(shè)備后，可以構(gòu)建印刷電路板 (PCB) 并在實驗室中對其進(jìn)行評估。我們測量一些基本參數(shù)，例如效率和開關(guān)頻率，并將其與器件的數(shù)據(jù)表規(guī)格進(jìn)行比較。雖然許多工程師都明白為什么他們的電路（具有不同的組件、設(shè)置和工作條件）無法獲得數(shù)據(jù)表中顯示的峰值效率，但開關(guān)頻率的差異需要進(jìn)一步調(diào)查。畢竟，開關(guān)頻率不應(yīng)該由設(shè)備固定，與我們的特定電路無關(guān)嗎？

對于許多現(xiàn)代電源集成電路 (IC)，答案實際上是否定的。雖然我們中的許多人都在學(xué)校了解了傳統(tǒng)的基于振蕩器的電壓和電流模式控制拓?fù)洌S多現(xiàn)代電源 IC 要么基于接通時間，要么基于關(guān)斷時間，并且不使用振蕩器。相反，該器件控制導(dǎo)通時間或關(guān)斷時間以提供經(jīng)過調(diào)節(jié)的（相對于固定的）開關(guān)頻率。這種架構(gòu)上的微小變化——從固定頻率到穩(wěn)壓頻率——是電源 IC 設(shè)計中的眾多權(quán)衡之一，并提供了一些優(yōu)勢：改進(jìn)的瞬態(tài)響應(yīng)、更高的電源抑制比 (PSRR) 和更低的輸出-電壓紋波。

在某些汽車應(yīng)用中，例如信息娛樂系統(tǒng)，開關(guān)頻率的變化可能會引起對 AM 無線電頻段干擾的擔(dān)憂。通常，開關(guān)頻率設(shè)置在 1.8MHz 以上，以免超出頻帶。如果開關(guān)頻率變化較低，它可能會進(jìn)入頻帶并可能干擾某些 AM 無線電頻率。

在400 kHz（而不是2 MHz）開關(guān)頻率下，除了增加電感和電容的尺寸外，EMI濾波器中的電感和電容也必須相對較大，才能達(dá)到汽車應(yīng)用中的傳導(dǎo)EMI標(biāo)準(zhǔn)要求。其中一個原因是它們不僅必須衰減400 kHz的開關(guān)基頻，還必須衰減高達(dá)1.8 MHz的所有諧波。工作頻率為2 MHz的穩(wěn)壓器就沒有這個問題。

屏蔽可能是減少電磁輻射的最后一種補(bǔ)救方式，但屏蔽需要占用空間，而應(yīng)用可能無法提供，并且需要進(jìn)行額外的機(jī)械設(shè)計和測試迭代。

為避開AM頻率帶寬并保持較小的解決方案尺寸，汽車應(yīng)用首選2 MHz或更高的開關(guān)頻率。避免AM頻段后，就只有確保將高頻噪聲（也稱為諧波）和開關(guān)振鈴降至最低的問題。遺憾的是，高頻開關(guān)通常會導(dǎo)致電磁輻射從30 MHz增加到1 GHz。

雖然肯定有辦法通過系統(tǒng)設(shè)計來減輕這種干擾——例如通過天線與電源的屏蔽和間隔——一種方法是控制信息娛樂系統(tǒng)中每個電源的開關(guān)頻率。

DCS-Control 拓?fù)?span>是一種用于汽車信息娛樂系統(tǒng)的控制拓?fù)洹?/span>TPS62130A -Q1是一款高度集成的高效 12V IN轉(zhuǎn)換器，適用于使用 DCS-Control 的 3A 電壓軌。

TPS6213x系列是易于使用的同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，引腳對高功率密度應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。通常為2.5 MHz的高開關(guān)頻率允許使用小電感器，并通過使用DCS控制拓?fù)涮峁┛焖偎矐B(tài)響應(yīng)和高輸出電壓精度。由于其3伏至17伏的寬工作輸入電壓范圍，該設(shè)備非常適合由鋰離子電池或其他電池以及12伏中間電源軌供電的系統(tǒng)。在輸出電壓介于0.9 V和6 V之間時（100%占空比模式），它們支持高達(dá)3 A的連續(xù)輸出電流。輸出電壓啟動斜坡由軟啟動引腳控制，允許作為獨(dú)立電源或跟蹤配置運(yùn)行。通過配置啟用和開漏電源良好引腳，也可以進(jìn)行電源排序。在省電模式下，設(shè)備從V-In中吸取約17μA的靜態(tài)電流。如果負(fù)載較小，則自動無縫進(jìn)入節(jié)能模式，可在整個負(fù)載范圍內(nèi)保持高效率。在關(guān)機(jī)模式下，設(shè)備關(guān)閉，關(guān)機(jī)電流消耗小于2μA。

雖然DCS-Control 不使用振蕩器，但開關(guān)頻率通過導(dǎo)通定時器進(jìn)行調(diào)節(jié)。

以下是該應(yīng)用筆記中針對典型 12V IN汽車系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵點(diǎn)：

· 對于具有中等占空比的較高輸出電壓，開關(guān)頻率得到很好的調(diào)節(jié)，正如預(yù)期的那樣——接近 2.5MHz 的典型值。

· 由于較低的輸出電壓所需的占空比變得較低，因此相應(yīng)的導(dǎo)通時間推高了許多電源 IC 的極限，因為它們的導(dǎo)通時間最短。

· TPS62130A-Q1 的 80ns 最短導(dǎo)通時間允許在 1.8MHz 下運(yùn)行以提供 1.8V 輸出。

· 如果我們需要更低的輸出電壓或更高的工作頻率（并且我們還必須將所有開關(guān)頻率保持在 AM 頻段以上），請考慮通過 5V 電源軌進(jìn)行兩級轉(zhuǎn)換。