探讨低功率噪声问题
便携式应用如手机和掌上电脑,对电磁场非常敏感,这使电磁噪声成为一个突出的问题。转换器在兆赫范围内工作,即使低功率转换器也会在瞬态过程中产生噪声,高频开关会和电路的寄生元件交互作用,产生不可控制的噪声。另外,相关的电压尖峰难以滤除,因此需要详细的转换器工作分析来为系统设计提供参考。当然,机械布局是减小EMI的关键因素。
本文的主要目的是阐明这种噪声的来源,并且评估系统的EMI 污染风险。NCP5007器件和基于PWM 的结构将用以在一个实际应用中进行相关工程测试。
NCP5007 的基本分析
NCP5007 是专为用作LCD背光或照相闪光灯的高效白色LED供电的DC-DC转换器。其正常工作时典型电压Vf为3.8V,因此LED不能用标准的3.6V电池组供电,必须提供一个升压电路来将电压提高到二极管需要的偏置。而且,这些LED通常串联以获得二极管中的恒定电流,确保LCD显示器上有均匀和恒定的亮度。
典型应用如图1所示。它驱动标准LCD 显示器的背光,由外部CPU或其它数字控制器提供命令位EN。
带一个10W的检测电阻,在温度范围内通过LED的直流电流是20mA,公差为±10%。输出电压是 19V(典型值 ),而且1mF电容必须相应调整。C1和C2必须使用陶瓷类型的X5R。
EN信号(使能端,引脚3 ) 用于接通/断开二极管,当EN = Vbat时,芯片为LED提供恒定的电流。另一方面,通过在引脚3上施加PWM信号,EN信号也可以用于控制背光的亮度。
基本上,芯片在PFM 模式中以两个周期工作：
周期 #1 ：能量储存到电感中
周期 #2 ：能量提供给负载
当然,从实际的角度看,电感必须调整,以处理电路中的峰值电流,避免磁心的饱和。更重要的是,铁氧体材料能够在高频工作(>1MHz),以降低周期中的涡流损耗。
简化的PSPICE模型(见图2)包括和NCP5007内部键合有关的寄生电感,以及输出引脚和地之间的杂散电容。负载由白色LED LWT67C 模型(OSRAM GmbH)提供,它并联了一个1mF的储能电容。电感包括ESR和引线产生的杂散电容。由于此时印制线和引线ESR,的重要性不占首位,所以可以忽略,除非布局实在太差。
脉冲尖峰VSPK#1
假设系统在稳态工作,流进NMOS的电流突然切断而且电压上升( 根据愣次定律),直到肖特基二极管正向偏置。当输出电压高于Vout +Vf时,电感电流流向负载 。在输出电压为正斜率时,因为NMOS 元件断开杂散电容和寄生电感产生了一个LC振荡网络。根据MBR0530数据表,内部杂散电容从170pF(Vr=0V时) 变为40pF ( Vr =
