同步Silent Switcher转换器已经为功能强大、结构紧凑且安静的 DC-DC转换设定了黄金标准。在过去5年多的时间里，我们了解到了大量这些低EMI同步降压和升压转换器。这些DC-DC转换器简化了在高功率、噪声敏感环境中的系统级EMC设计，例如冷启动预升压、驱动大电流LED串和高压功率放大器声音系统。与基于控制器的设计相比，单芯片（集成电源开关）升压稳压器提供了一种更紧凑的高效解决方案，通常用于5 V、12 V和24 V源电压。
　　集成式同步开关及其在硅芯片中的独特布局是Silent Switcher转换器“秘诀”的一部分。板载（集成式）开关可以形成非常微小的热回路，帮助尽可能降低辐射。但是，这可能导致成本增加，而且并非所有应用都需要同步开关。如果只是将单个电源开关集成到硅芯片中，并且可以依赖外部低成本分立式续流二极管来作为第二开关，那么开关转换器的成本会降低。这种做法在较低成本转换器中很常见，但是，如果低辐射非常重要，是否仍然可以如此？
　　带分立式续流二极管的异步转换器仍然可以实现低辐射。如果在设计时特别注意热回路布局和dV/dt开关边缘速率，那么有可能使用异步转换器实现低EMI开关应用。在展频(SSFM)中集成降低辐射的额外措施是必要的。单芯片开关稳压器，例如 LT3950 60 V、1.5 A异步LED驱动器和 LT8334  40 V、5 A异步升压转换器，每个都在器件中集成了单个低端电源开关，但它们依赖外部续流二极管，同时仍然可以实现低辐射！它的工作原理是什么呢？

　　图1. (A) 异步单芯片升压转换器具有单个热回路，其中包含一个外部续流二极管。(b) Silent Switcher转换器具有两个（相反）热回路和全集成开关。
　　续流二极管与死区时间的关系
　　在单芯片转换器中集成一个而不是两个电源开关，可以使芯片尺寸减小30%到40%。芯片尺寸减小可以直接节省硅芯片成本，当硅芯片能够集成到更小封装中时，可以进一步实现二次成本降低。虽然有些PCB空间仍然需要专用于外部分立式续流二极管，但这些二极管数量多、可靠且价格便宜。在升压转换器中，具有低VF的肖特基二极管在高输出电压和低占空比下具有高效率，可以说性能优于价格昂贵的高压功率FET。
　　原因之一可能是因为死区时间。在典型的同步转换器中，在预设的死区时间内会发生电源开关体二极管导通，以防止潜在的击穿问题。如果同步开关在主开关能够完全关闭之前打开，则会发生击穿，导致输入或输出（降压或升压）直接对地短路。在高开关频率及和占空比限值下，死区时间控制会成为开关设计中的一个限制因素。使用具有低正向电压的低成本续流二极管之后，无需再在开关中提供死区时间逻辑——非常简单。在大多数情况下，它们也优于功率开关（在死区时间期间导电）内部固有的体二极管的正电压压降。
　　简单布局和封装

　　首先，我们可以从简单的单芯片升压转换器着手来展示基本的布局。图2中的LT3950 60 V、1.5 A LED驱动器具有简单的PCB热回路。这个热回路（在图3中突出显示）只包含小型陶瓷输出电容和尺寸相似的分立式续流二极管PMEG6010CEH。这些组件与LT3950 16引脚MSE封装，以及散热盘的开关引脚和GND面紧密贴合。如此足以实现低辐射吗？这当然只是公式的一部分。线焊16引脚MSE封装和紧密的热回路结合SSFM和受控良好的开关行为（开关电源过渡不会因为非常高的速度和寄生走线电感而振铃），可以实现低辐射。

　

　　图2. LT3950 (DC2788A)异步热回路包括D1续流二极管。尽管如此，续流二极 管和输出电容仍与LT3950 16引脚MSE封装紧密贴合。突出显示的异步开关 节点小且紧凑，但并非不可能。开关节点的布局可能是实现低辐射结果的关键。

　　图3. LT3950 LED驱动器是一个异步单芯片1.5 A、60 V升压转换器。升压转换器热回路（黄色突出显示）包含一个分立式续流二极管，不会减弱高频率辐射。

　　接下来，可以使用异步转换器的单个开关来形成SEPIC拓扑（升压和降压），以扩展其实用性，不止局限于预期的升压用途。因为是单开关，所以很容易断开升压转换器的热回路，并在其中增加SEPIC耦合电容，如图4和图5所示。大多数同步升压转换器的顶部和底部开关都连接至单个开关节点，所以无法转换成SEPIC。如果能多加关注由耦合电容、续流二极管和输出电容形成的回路，那么SEPIC热回路可以保持较小。

　　

　图4. LT8334 40 V、5 A异步单片式升压IC被用于SEPIC应用中。SEPIC转化器热回路（黄色突出显示）包含一个分立式续流二极管和一个耦合电容，不会减弱辐射。

　　图5. LT8334单芯片40 V、5 A异步开关，集成到微型4 mm × 3 mm 12引脚散热增强型DFN封装中。LT8334 SEPIC (EVAL-LT8334-AZ)的热回路布局中包含这个微型DFN、一个陶瓷耦合电容、一个陶瓷输出电容和一个小型续流二极管。
　　LT8334异步升压转换器中包含一个集成式5 A、40 V开关。这个单芯片升压转换器IC适合用于构建12 V输出SEPIC转换器。图4显示标准型12 V、2 A+ SEPIC转换器，其中包含耦合电容C1和耦合电感的两个电感线圈。由于微型PMEG4030ER续流二极管D1不是直接附加在开关节点上，所以可以轻松将4.7 μF 0805陶瓷型隔直耦合电容置于二极管和开关节点之间。在EVAL-LT8334-AZ SEPIC评估板上，热回路布局保持较小。开关节点的铜面积尽可能保持较小，并且尽可能接近开关引脚，有助于尽可能降低电磁辐射骚扰。请注意，整个热回路都布局在1层，且开关节点，或者耦合电容另一侧的耦合开关节点上都没有通孔。这些开关节点应尽量保持较小，且尽量接近，以实现出色结果。LT8334的12引脚DFN封装有助于热回路和辐射尽可能保持较小。
　　受控开关非常有效
　　单芯片（包括开关）开关转换器在与SSFM、2 MHz基波开关频率、出色的PCB布局和受控良好的开关组合使用时，可以有效帮助降低辐射。如果它们足够有效，那么可能无需利用Silent Switcher架构在低辐射方面的巨大优势（Silent Switcher架构是超低辐射黄金标准，但如果只是为了通过辐射标准，并非在所有情况下都需要用到）。在LT3950和LT8334中，SSFM在基波频率的基础上向上扩展约20%，然后以三角形的模式返回。SSFM是低EMI开关稳压器共有的一个特征。SSFM有多种类型，但是每种类型的总体目标是分散辐射能量，并将峰值辐射和平均辐射降低到要求的限值以下。2 MHz开关频率的一个目标是将基波开关频率设置为高于AM射频频段（530 kHz至1.8 MHz）限制，使基波本身及其所有谐波产生的辐射不会干扰射频。当不需要考虑AM频段时，可以放心使用更低的开关频率。

　　内部开关和驱动器不受开关频率影响，在设计时应谨慎小心，以避免某些不必要的行为，否则可能会降低开关转换器的EMI性能。超快的振铃开关波形可能会在100 MHz至400 MHz范围内产生多余的辐射，在电磁辐射骚扰测量中会非常明显。IC中受控良好的开关不应表现得像一个辐射锤，而应像是一个开关边缘被抑制的有效橡皮锤。受控的电源开关能以稍低于可能值的速度让电压和电流升高和降低。关于单芯片转换器中的这种受控开关，图6b中的2 V/ns开关速率和缺少振铃就是一个不错的示例。您可以看到，这个内部开关非常柔和地开启，并达到0 V，后续也不会出现刺耳的振铃。这对LT3950的辐射结果做出了很大的贡献（参考下方的图9至图11）。通常，在单芯片开关稳压器中，开关速度导致功率上升，散热性能下降。但是，如果能精心设计，可以事半功倍。

　
　　图6. LT3950受控开关的上升摆率为2 V/ns，下降摆率为2 V/ns，有助于在LED驱动器应用中保持高效率和低EMI，且几乎不会产生开关节点振铃。
　　带栅极速率控制的异步升压控制器
　　在有些情况下，要进行大功率DC-DC转换，需要在IC外部使用控制器和高压、高电流开关。在这种情况下，外部开关的栅极驱动器仍位于IC内部，但整个开关热回路会移动到IC外部。有些创意性的热回路和布局是有可能实现的，但因为分立式MOSFET本身的尺寸，热回路本身一般会变大。

　　LT8357 大功率（异步）升压控制器提供24 V、2 A (48 W)，且辐射非 常低。它以低开关频率为3.5 mm × 3.5 mm MOSFET供电，以实现高效转换。除了紧密的热回路（图7）之外，它还通过上升和下降栅极控制引脚来实现边缘速率控制和减少辐射。使用一个简单的5.1 Ω电阻RP（在GATEP上）就足以降低M1功率MOSFET的开启边缘速率，并将电磁辐射骚扰保持在尽可能低的水平。当然，一些辐射滤波器和SSFM也有助于减少辐射。EVAL-LT8357-AZ评估板还额外留出了辐射屏蔽位置，但对于大部分应用，可能没有必要。这个异步升压控制器与它的单片式版本非常相似，具有高功率、低EMI升压和SEPIC应用所需的所有功能。

     图7. LT8357高压升压控制器具有分立式门引脚，用于单独控制高功率分立式MOSFET开关边缘的上升沿和下降沿。黄色方框圈出了分立式栅极引脚。

　

　图8. 图7中的LT8357升压控制器具有出色的辐射和效率性能，RP = 5.1 Ω，RN = 0 Ω。单独的门驱动引脚允许受控开关开启，同时提供快速关断。在示意图中，颜色分别表示：红色RP = 0，RN = 5.1；黄色RP = 0，RN = 0；绿色RP = 5.1，RN = 0；蓝色RP = 5.1，RN = 5.1。

　　通过CISPR 25 5类辐射标准
　　对低EMI评估电路（例如LT3950 DC2788A）进行了大量测试，以评估其电磁辐射和传导辐射。图9至图11显示成功的辐射测试结果，在测试时，SSFM开启，采用12 V输入，330 mA电流流经25 V LED串。电流探针和电压方法CE的结果都通过了非常严格的限值标准。在开关中，很容易出现FM频段CE挑战，但LT3950不受FM频段影响。

　　图9. DC2788A LT3950通过了(a)平均和(b)峰值CISPR 25 5类传导辐射测试（电流探针方法）。

　　图10. DC2788A LT3950通过了(a)平均和(b)峰值CISPR 25 5类传导辐射测试（电压方法）。

　　图11. DC2788A LT3950通过了(a)平均和(b)峰值CISPR 25 5类电磁辐射测试。
　　将开关频率设置为2 MHz（300 kHz至2 MHz可调范围），这样，基波开关辐射可以保持高于AM射频频段（530 kHz至1.8 MHz），不会导致问题，且无需在前端上加装笨重的LC AM频段滤波器。取而代之，LT3950使用的EMI滤波器可以是小巧的高频率铁氧体磁珠。
　　虽然热回路中有额外的耦合电容，耦合电感中有额外的端口（使开关节点的数量翻倍），LT8334 SEPIC还是能保持低辐射。EVAL-LT8334-AZ SEPIC 12 VOUT 评估套件也使用2 MHz和SSFM，能提供低辐射。EVAL-LT8357-AZ升压控制器可以实现相似的性能。有关这些器件的完整辐射结果、原理图和测试选项，可以访问analog.com，查看对应的产品登录页面。表1列出了一个新的低EMI异步升压和SEPIC转换器系列。单芯片IC和控制器IC结构简单、成本低，采用多种拓扑，具有大功率功能和低辐射，因此非常实用。当超低辐射成为首要的要求时，也可以使用高电流Silent Switcher升压转换器。

　

　表1. 新型低EMI单芯片升压转换器，带开关边缘速率控制

　　结论
　　同步Silent Switcher和异步单芯片开关稳压器都可以用于低辐射应用。与超高性能的Silent Switcher转换器相比，异步升压转换器的成本更低。第二个开关被低成本续流二极管替代，后者在高压下具有一定优势，能够灵活地重新配置为SEPIC。当功率开关边缘速率受到良好控制，且提供有限的振铃时，小型塑料封装和PCB中经过精心设计的小型热开关回路区域都提供低辐射。这些特性应与其他低EMI特性（例如SSFM和EMI滤波器）结合。即使在高功率升压控制器中，栅极驱动控制也有助于降低和平缓开关边缘，以实现低辐射。请特别注意热回路的顶层布局，并明智地选择您的DC-DC转换器，以实现低辐射设计。