Silent Switcher技术,拯救“睡”在噪音污染里的电路

日期:2019-01-31
 
 
噪声是城市环境污染的一个主要来源,噪声污染又被称为“慢性毒药”,已经成为人类公共健康的杀手。但是噪音污染又是看不见摸不着的,要从源头杜绝十分艰难,唯有通过有效隔绝噪音来缓解。同样的,在虚拟的电子信号的世界也充斥着各种噪声,几乎所有的电子产品都不可避免被影响,导致性能下降甚至产品功能故障,提高产品的噪声耐受力和降低噪声来源是有效措施。
 
在医疗设备、汽车仪器仪表和工业控制等科技领域中,当设备设计涉及应变计、传感器接口和电流监控时,通常需要采用精密模拟前端放大器,以便提取并放大非常微弱的真实信号,并抑制共模电压和噪声等无用信号。首先,设计人员将集中精力确保器件级噪声、失调、增益和温度稳定性等精度参数符合应用要求。
 
然后,设计人员根据上述特性,选择符合总误差预算要求的前端模拟器件。不过,此类应用中存在一个经常被忽视的问题,即外部信号导致的高频干扰,也就是通常所说的“电磁干扰(EMI)”。EMI可以通过多种方式发生,主要受最终应用影响。电源是每个系统不可或缺的组成部分,随着开关电源的普遍使用,通常电源本身就成为了EMI的“罪魁祸首”,他们就像天线一样可以发射高频信号,可能会干扰各种模拟电路输入端的微小电压。
 
降低EMI,重点“盯防”电源
所有的电器设备,都会有EMI,只不过严重程度各有不同。EMI会影响各种电器设备的正常工作,例如干扰通信数据的正常传递。虽然对人体的伤害尚无定论,但是普遍认为对人体不利。所以很多国家和地区对电器的电磁干扰程度有严格的规定。
 
控制EMI的方法有许多种,包括屏蔽、滤波、隔离、铁氧体磁环、信号边沿控制以及在PCB中增加电源和GND层等等。就电源而言,传统方法是通过减慢开关边沿或降低开关频率。但是,这两种方法都会产生不良的影响,例如效率下降,最短接通和关断时间增加、需要采用大尺寸的解决方案等,而且EMI 滤波器或金属屏蔽等替代方案在所需的电路板空间、组件和装配方面增加了大量成本,并使热管理和测试复杂化。
 
ADI公司的低噪声μModule®技术给开关稳压器设计带来了突破。采用µModule封装的LTM8003稳压器配备专有的Silent Switcher® 架构,以最大限度降低EMI辐射,并在高开关频率下提供高效率。
 
 
 
集成Silent Switcher技术,µModule器件的“无声”世界 
稳压器LTM8003的架构和µModule器件的内部布局设计旨在最大限度缩小稳压器的输入环路。这能够显著地减少开关节点振铃和在热环路中存储的相关能量,即使存在非常快的开关边沿也不例外。这种安静的开关切换提供了卓越的EMI性能,同时最大限度降低了AC开关损耗,从而使得稳压器能在高开关频率下运行,且效率并无明显下降。这种架构配合扩展频谱频率操作,极大地简化了EMI滤波器设计和布局,非常适合那些对噪声敏感的环境,例如文章开头提到的汽车、交通运输和工业应用。
 
3.5 A连续电流和6 A峰值电流提供能力
内部稳压器能够安全地提供高达6 A的峰值输出电流,当依靠一个12 V标称输入持续支持3.5 A负载(在3.3 V或5 V范围内)时, LTM8003无需采取额外的热管理措施(气流或散热器)。这满足了工业机器人、工厂自动化和汽车系统中的电池供电型应用之需。 
 
–40°C至+150°C的宽工作温度范围
汽车和工业应用要求电源电路在超过105°C的环境温度下连续安全运行,或者要求为温升留出较大的储备空间。 LTM8003H专为在–40°C至+150°C的内部工作温度范围内满足规格要求而设计。内部过热保护(OTP)电路负责监视结温,并在结温过高时停止开关操作。 
 
此外,LTM8003依靠3.4 V至40 V输入能够产生0.97 V至18 V输出,从而无需通过电池或工业电源进行中间稳压。其引脚排列专为符合FMEA(失效模式影响分析)要求而特别设计,因此如果相邻引脚短路、单个引脚短路至地、或某些引脚处于浮置状态,输出电压将保持在或低于调节电压。在 焊点因振动、老化或宽幅温度变化而松动或开路的情况下(例如:在汽车和交通运输应用中),冗余引脚可增强电气连接。
 
总体来说该器件的特性有助于最大限度减少设计工作量,并满足针对工业机器人、工厂自动化、航空电子设备和汽车系统对EMI的严格标准。
 
总结
电源的EMI是最难抑制的,可能会产生电磁辐射,µModule可实现紧凑的PCB解决方案,因为在其封装内已集成了关键的稳压器元件。另一方面,Silent Switcher从工程物理的角度实现突破和创新,它在芯片设计上做了两个反向的电优化,产生闭合的磁力线,减小对外界EMI的干扰,几乎消除了不可预测且难以滤波的高频噪声。同时,ADI公司用倒装的方式替代传统的用金线去绑定内核的方式,从而缩减电流,让EMI降到最低。除此之外,ADI公司还通过一系列工艺的优化,获取更优异的EMI性能,满足CISPR25 EMI标准。
 
 
 
 

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