熱回路究竟是什么?

當涉及到開關(guān)穩(wěn)壓器及其電磁兼容性(EMC)時，總是會提到熱回路。尤其是優(yōu)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(guān)穩(wěn)壓器中需要不斷開關(guān)電流。這些電流通常比較大。每當電流流動時，會產(chǎn)生磁場。如果快速開關(guān)大電流，就會產(chǎn)生交變磁場。此外，如果開關(guān)電流時，路徑中存在寄生電感，就會產(chǎn)生電壓失調(diào)。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(guān)電流是導致開關(guān)模式電源產(chǎn)生噪聲的主要原因。圖1顯示了簡化的降壓轉(zhuǎn)換器拓撲結(jié)構(gòu)。所有存在連續(xù)電流的線路都用藍色表示。所有快速開關(guān)電流的線路都用紅色表示。

圖1.具有連續(xù)電流的線路用藍色表示，存在開關(guān)電流的線路用紅色表示。

圖1中的紅色線路是關(guān)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(guān)鍵，因為它涉及到快速開關(guān)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(guān)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(jīng)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(wěn)壓器占空比周期的開啟時段，高壓側(cè)開關(guān)開啟，低壓側(cè)開關(guān)關(guān)閉，我們看到電流從輸入電容流出，通過高壓側(cè)開關(guān)，但是沒有電流流經(jīng)低壓側(cè)開關(guān)。在占空比周期的關(guān)閉時段，電流通過低壓側(cè)開關(guān)(從地到開關(guān)節(jié)點)，其他三條紅色線路則沒有電流流過。

表1.高壓側(cè)和低壓側(cè)開關(guān)狀態(tài)與降壓穩(wěn)壓器占空比周期之間的關(guān)系

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(xiàn)開關(guān)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(xù)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(guān)穩(wěn)壓器的熱回路因開關(guān)穩(wěn)壓器的拓撲結(jié)構(gòu)而異。其設(shè)計應盡可能窄小緊湊，以減少噪音產(chǎn)生和傳播。ADI公司提供的Silent Switcher?2技術(shù)通過將輸入電容集成到IC封裝，盡可能縮小關(guān)鍵熱回路。同時，將熱回路分成兩個對稱的形狀，可以產(chǎn)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(shù)的開關(guān)穩(wěn)壓器。