最大限度降低Ćuk穩壓器的輻射

ADI 應用工程師 Frederik Dostal


Ćuk拓撲非常適合用於從正電源電壓生成負輸出電壓。許多系統都需要負電源電壓,以便讀取某些感測器發出的訊號。因此,可能需要為訊號鏈提供(例如)+5 V和–5 V,或者甚至+15 V和–15 V電壓。負電源電壓也用於安全切換某些切換開關元件,例如碳化矽(SiC)。

Ćuk拓撲也稱為2L反相拓撲,因為其電源路徑中需要使用兩個電感。圖1為Ćuk拓撲的電路圖。

Schematic diagram of a Ćuk topology for generating negative voltages

圖1.用於生成負電源電壓的Ćuk拓撲原理圖。

在選擇合適的切換開關穩壓器IC時,需要確保其中包含負電源電壓回饋針腳,這非常重要。ADI 擁有大量具備整合切換開關的單片切換開關穩壓器IC,以及具備外部切換開關電晶體的控制器IC,均適合此類應用。

最重要的是,所需的兩個電感分別代表成本和空間因素。但是,這兩個元件也導致輸入端和輸出端的電源路徑中產生電感。這可以防止在輸入端和輸出端產生快速切換開關電流。因此,Ćuk拓撲通常被視為特定的低雜訊拓撲。當然,和其他切換開關穩壓器一樣,Ćuk拓撲也提供切換開關電流。在圖1中,它們表現為熱迴路(藍色)。熱迴路指的是一組具有快速di/dt瞬變的軌跡。為了最大限度降低切換開關電流產生的干擾,以及伴隨的寄生電容,此回路佔用的空間面積必須盡可能達到最小。

因此,在適合Ćuk拓撲的優化板佈局中,續流二極體D、耦合電容C和切換開關S1必須彼此非常靠近。利用對應的IC針腳排列,例如LT8330,即可緊湊排列這些線路。圖2所示為在實際的板佈局中,切換開關電流(熱迴路)的電源路徑所在的區域。

Board layout optimized for the Ćuk topology

圖2.針對Ćuk拓撲優化的板佈局。

關鍵迴路由外部二極體D、耦合電容C,以及LT8330切換開關穩壓器IC中的GND和SW針腳之間的內部連接構成。熱迴路應儘量短小和緊湊。

圖3所示為包含LT8330的電路示例,它在Ćuk拓撲中可以當做穩壓器。一個重要的特性就是FBX針腳,這是一種特殊的FB針腳,可以處理負電源電壓(根據Ćuk拓撲的要求)和正電源電壓。如果LT8330用於升壓或SEPIC拓撲中,則需要具備正回饋針腳極性。

Example of a circuit for a Ćuk regulator with an LT8330

圖3.採用LT8330的Ćuk穩壓器電路示例。

穩壓器輸入端和輸出端的電感會影響穩壓器產生的傳導發射量。如果採用包含非常緊湊的熱迴路的優化板佈局,則可以實現極低雜訊的解決方案。這些特性使得Ćuk穩壓器非常適合用於產生低雜訊和負電源電壓。