如何设计安静紧凑的工业电源

大家知道，由于在效率、集成度、灵活性上的优势，今天的电源设计中，开关稳压器的使用越来越普遍，但是噪声大、更容易产生EMI问题，则是开关稳压器天生的“短板”。

究其原因，这是因为开关稳压器工作时需要不断开关电流，这些电流通常比较大，而每当电流流动时，就会产生磁场，大电流的快速开关就会产生交变磁场；同时，由于电流路径中存在寄生电感，在开关时也会产生电压失调。可以想见，电流的变化会容性耦合到相邻的电路部件中，增加电源的噪声辐射。

电源设计有时候就像是在“走钢丝”，需要在效率、功率密度、系统体积、EMI、系统成本等各种因素之间做取舍，根据实际应用要求达到最佳的平衡状态。而在需要考虑的诸多因素中，电磁干扰（EMI）是绝对不容忽视的一个，也是最令人头疼的一个。

在工业电源设计工程师面临很多电源挑战；主要问题之一是输入电压范围的变化很大。这是由许多原因造成的，包括设计的偏远性。例如，工厂将有一个可以在整个建筑物中传输的主电压轨。这些长轨可能会因阻抗而导致电压下降，以及由连接到不同位置的电源的设备或具有大电感和电容元件的重压塌负载引起的感应电压和噪声。

图 1 –宽输入电压低噪声三路输出降压转换器参考设计

图 1 中的参考设计是具有三个低噪声输出的单输入降压转换器。该模块使用LM43603，这是一款 SIMPLE SWITCHER® 同步降压 DC/DC 转换器，能够在 7V 至 36V 的输入电压范围内驱动高达 3A 的负载电流。

LM43603稳压器是一款易于使用的同步降压DC-DC转换器，能够从3.5 V至36 V（最大42 V abs）的输入电压驱动高达3 A的负载电流。LM43603在非常小的解决方案中提供了卓越的效率、输出精度和漏电压。扩展系列有0.5-A、1-A和2-A负载电流选项，采用引脚到引脚兼容的封装。峰值电流模式控制用于实现简单的控制回路补偿和逐周期限流。可选功能，如可编程开关频率、同步、电源良好标志、精度启用、内部软启动、可扩展软启动和跟踪，为广泛的应用提供了一个灵活且易于使用的平台。轻载时的不连续传导和自动频率调制可提高轻载效率。该系列只需要很少的外部元件，引脚排列允许简单、最佳的PCB布局。保护功能包括热关机、V-CC欠压锁定、逐周期电流限制和输出短路保护。LM43603器件有HTSSOP/PWP 16引线封装（5.1毫米×6.6毫米×1.2毫米）和带可湿侧面的VSON-16封装。

LM43603的 5V 输出启用LM26420 DC/DC 稳压器（参见图 2），进一步降低该电压以产生 1.8V 和 2.5V 输出，每个输出能够驱动 1A 负载电流。该电源适用于需要从单输入直流电压获得多个输出的应用。它在 7V 至 36V 的输入电压范围内提供良好的调节性能。

结合使用完全同步的开关稳压器和良好的布局技术，可以开发出如此紧凑的解决方案。拥有低噪声解决方案如此重要的主要原因是您不想增加噪声电源的原始问题。如果电源能够在很宽的范围内工作，它就可以让工业工程师有机会克服变化的电压输入范围，同时也让他们能够在具有不同范围（如 12V）的多个不同背板上“剪切和粘贴”输入或 24V输入。这使设计更容易，也使整体更快的上市时间和成本降低。

低噪声解决方案可以更轻松地扩展连接到主背板的设计数量，而不会带来额外的麻烦。

图 2 – LM26420双 DC/DC 转换器 

LM26420-Q1稳压器是一款单片高效双PWM降压DC/DC转换器。该设备能够驱动两个2-A负载，其中一个内部75-mΩPMOS顶部开关和一个内部50-mΩNMOS底部开关使用最先进的BICMOS技术，可获得最佳功率密度。世界一流的控制电路允许低至30纳秒的接通时间，从而支持在整个3-V至5.5-V输入工作范围内进行极高的频率转换，最低输出电压为0.8 V。
虽然工作频率很高，但很容易实现高达93%的效率。包括外部关机，具有超低待机电流。LM26420-Q1利用电流模式控制和内部补偿，在各种工作条件下提供高性能调节。
由于LM26420-Q1的开关频率确保大于2 MHz，因此可以在汽车应用中使用，而不会在AM频段造成干扰。