两个新型开关稳压器提供功率和超低噪声

作者：Rick Brewster

传统上，当设计人员需要极低噪声电源时，他们会避免使用 DC/DC 开关，因为它们在产生高频谐波方面臭名昭著。如果他们确实使用了开关稳压器，则需要仔细注意电路板布局、屏蔽和明智地使用滤波元件。LT®1683 和 LT1738 是新型开关稳压控制器，可创建一个具有显著较低的传导和辐射电磁干扰（EMI） 的 DC/DC 开关电源。这些控制器通过控制主开关的电流和电压压摆率，从源头降低EMI。可以放心地构建用于噪声敏感应用的可靠 DC/DC 转换器。

LT1683 和 LT1738 采用一种获得专利的双通道控制环路方法，该方法允许同时控制输出开关电压转换速率和输出开关电流转换速率。控制这些压摆率可消除输出电压和输入电流中大部分高频谐波能量的来源;因此，需要较少的过滤。压摆率可由用户调节，因此可以在噪声和转换器效率之间做出最佳权衡。通常，最佳设置只需要百分之几的效率损失。

LT1683 具有两个外部 MOSFET 开关，专为在推挽式拓扑中使用而设计，而 LT1738 则具有一个用于单开关拓扑的单个外部 MOSFET。由于开关是外部开关，因此用户可以完全控制电源的电压和电流额定值。

切换控制的魔力

分析方波信号的傅里叶分量表明，从基频开始，谐波峰值在20dB/dec处滚降。如果该方波的边缘摆动成梯形，则在20/t处进行第二次1dB/dec滚降摆结果，其中 t摆是波形转换所需的时间。

在开关模式电源中，大部分噪声是由于电源开关的开关动作而产生的。为了提高效率，这些转换通常尽可能突然，但回转这些边缘可以在适度的效率损失下大大降低噪音。因此，挑战在于如何将其应用于开关电压和开关电流。

在感性负载的正常开关周期中，开关将导通，电流将上升，直到开关从电感转移电流，然后电压将下降。因此，我们希望压摆电流，然后优雅地切换到压摆电压。当开关关闭时，应该会发生相反的情况。

LT1683 和 LT1738 采用双通道反馈环路来处理转换控制。图 1 以符号方式显示了单个通道的外观。电压转换控制是使用外部电容C的简单积分器V，以及充电或放电电流，IVSL，基于用户定义的外部电阻器，RVSL.

图1.LT1683 / LT1738 转换控制 （一个通道）。

电流转换控制按以下方式派生。检测电阻两端产生的电压通过内部电容器C 进行放大和区分C.因此，电流在 C 中C与 dI/dt 成正比。该电流仅限于一个值，I中超，基于用户定义的外部电阻器，R中超.以 C 为单位的电流大小C转换为与 I 成比例的电流VSL并应用于积分节点（Cap pin）以控制交换机。通过这种方式，压摆率既可以调节又链接，以提供快速高效的开通和关断转换。

超低噪声48V至5V转换器

图 2 示出了在推挽式正激式转换器拓扑中使用 LT1683 的转换器的原理图。LT1683 包含用于转换器的所有控制电路：振荡器、误差放大器、栅极驱动器和保护电路。从漏极到电容A和电容B的电容分压器网络提供了一个有效的0.33pF电容，用于电压转换速率反馈。电流转换反馈发生在 LT1683 内部，并使用 CS 电压作为其反馈 （开关电流）。

图2.LT1683 推挽式转换器。

推挽式拓扑非常适合低噪声开关稳压器，因为它从输入端更连续地吸收电流，从而减少传导辐射。

转换器的输出噪声如图3所示。底部迹线是稳压器的输出电压。噪声主要由开关稳压器的基频决定。当该元件被附加滤波器进一步滤除时，开关稳压器的安静程度显而易见——残余噪声仅为极小的200μVP-P在 2A 输出时（带宽 = 100MHz）。

图3.图5电路的2V输出噪声。

LT1683 具有许多保护功能。首先，SHDN引脚为电源提供欠压锁定，确保输入在允许转换器启动之前启动并运行。此外，GCL 引脚可防止 MOSFET 上的栅极电压过高，并防止 MOSFET 在栅极电压不足的情况下导通。在CS引脚上检测到过大的开关电流，MOSFET将被关断。由于电压转换控制，MOSFET漏极上消除了钳位或缓冲器，开关振铃幅度和持续时间降低了80%以上。

超低噪声5V至12V升压转换器

图 4 示出了一款采用 LT5 的 12V 至 1V/1738A 升压型转换器。单开关提供了一种更简单的解决方案，但代价是噪声略高。图5显示了1A输出电压下的噪声。这是一个非常低的400μVP-P.

图4.采用 LT5 的 12V 至 1V/1738A 升压型转换器。


图5.图12电路的4V输出噪声（带宽= 100MHz）。

超低噪声 30W 离线电源

图 6 显示了使用外部开关的灵活性。该电路是一个采用 LT90 和单个高电压 MOSFET 的交流线路 （264VAC 至 12VAV） 至 2V/5.1738A 转换器。基本拓扑是反激式转换器，它与光隔离器配合使用，可实现输出的完全电气隔离。变压器上的过绕线圈为器件提供电源电压。

图6.超低噪声30W离线电源。

输入滤波器用于衰减低频谐波，因此电源可以通过FCC B类规定。LT1738 减小了高频谐波和 EMI 噪声组件，从而免除了在输入滤波器上增设接地帽的需要。

结论

我们创建了两个新的控制器，使设计人员能够自信地处理超低噪声应用。LT1683 和 LT1738 不仅提供了正常的控制器功能，而且还调节开关稳压器中的主要 EMI 组件，从而轻松降低输出噪声。DC/DC 转换器现在可用于精密仪器仪表和噪声敏感宽带通信设备等应用领域，而不会产生与普通转换器设计解决方案相关的不确定噪声影响。