一文搞懂如何最大限度降低Ćuk稳压器的辐射

Ćuk稳压器 的辐射主要来源于其开关电流产生的电磁干扰，优化布局和组件选择是降低辐射的关键。以下是具体方法：

优化板布局

‌缩短热回路‌：将续流二极管D、耦合电容C和开关S1的位置尽可能靠近，并利用IC引脚排列(如 LT8330 )实现紧凑连接，以减少热回路的面积和长度。 ‌

‌减少寄生电容‌：通过优化电源路径中的电感布局，防止快速开关电流产生寄生电容，进一步降低干扰。 ‌

组件选择

‌IC选择‌：优先选用带有负电源电压反馈引脚的 ADI 系列IC(如LT8330)，这类IC支持负电源电压处理，可减少反馈回路中的噪声。 ‌

‌电感设计‌：输入端和输出端的电感需兼顾成本与空间限制，但需确保电感值与电路匹配，避免过大电感引入更多噪声。 ‌

实际应用

‌案例参考‌： ADI 的LT8330稳压器在Ćuk拓扑中表现优异，其FBX引脚支持负电源电压处理，可有效降低辐射干扰。 ‌

通过上述措施，可显著降低Ćuk稳压器的电磁辐射，适用于需要低噪声的医疗设备、精密仪器等场景。

Ćuk拓扑非常适合从正电源电压产生负输出电压。许多系统需要负电压，以便能够有效地读取来自某些传感器的信号。为此，可能需要提供信号链，例如+5 V和–5 V甚至+15 V和–15 V。 负电压还用于安全切换某些开关元件，如碳化硅(SiC)。

Ćuk拓扑也称为2L反相拓扑，因为它在电源路径中需要两个电感器。图1显示了Ćuk拓扑的电路图。

在选择合适的开关稳压器IC时，确保有一个用于负电压的反馈引脚非常重要。ADI公司拥有大量集成开关的合适单芯片开关稳压器IC，以及带外部开关晶体管的控制器IC。

最重要的是，所需的两个电感器代表了成本和空间因素。然而，这两个元件也会导致输入侧和输出侧的电源路径产生电感。这样可以防止输入端和输出端的快速开关电流。因此，Ćuk拓扑通常被认为是一种噪声特别低的拓扑。当然，就像其他开关稳压器一样，Ćuk拓扑具有开关电流。它们在图 1 中显示为蓝色的热回路。术语热回路是指具有快速di/dt转换的一组迹线。为了尽量减少开关电流产生的干扰，寄生电感以及随之而来的环路的空间扩展度必须设计得尽可能小。

因此，在Ćuk转换器的最佳电路板布局中，续流二极管D、耦合电容C和开关S1必须非常靠近。使用相应的IC引脚排列(如LT8330)，这些线路的紧凑排列没有问题。图2显示了混凝土板布局中开关电流(热回路)的电源路径区域。

关键环路由外部二极管 D、耦合电容 C 以及 LT8330 开关稳压器 IC 内的 GND 和 SW 引脚之间的内部连接组成。热回路设计得尽可能小和紧凑。

图3所示为采用LT8330的电路示例，该电路适合用作Ćuk拓扑中的稳压器。一个重要的特性是FBX引脚。它是一种特殊类型的FB引脚，可以处理Ćuk拓扑中所需的负电压和正电压。如果LT8330用于升压或SEPIC拓扑，则需要一个正反馈引脚极性。

图3.采用LT8330的Ćuk稳压器的电路示例。

稳压器输入侧和输出侧的电感都会影响其产生的传导发射量。如果采用具有非常紧凑热回路的优化电路板布局，则会产生非常低噪声的解决方案。这些特性使 Ćuk 稳压器非常适合产生低噪声负电压。

EMI挑战与设计要点在应对buck稳压器的EMI问题时，我们面临着双重挑战：既要确保设计的高效性和紧凑性，又要满足国际无线电干扰特别委员会(CISPR)等机构制定的严格电磁干扰(EMI)标准。元件选择成为设计过程中的核心环节，因为不同的组件选择往往需要基于设计目标进行权衡。尽管buck稳压器以其高效和出色的热性能而闻名，但它并非不能降低电磁干扰。实际上，通过采取适当措施，我们可以显著减少这类稳压器产生的EMI。

我们必须在确保效率的同时，选择合适的元件来满足严格的EMI标准，这样可以在满足设计目标的同时，减少稳压器产生的电磁干扰。

在EMI要求严格的设计中，电路板布局成为关键因素。为确保功能性和EMI标准的双重满足，必须遵循一些通用规则。首先，应尽量将输入电容器和自举电容器安置在集成电路的VIN和GND引脚附近，以减小高瞬态电流(di/dt)的环路面积。其次，通过优化开关节点的布局来最小化高瞬态电压(dv/dt)节点的表面积。

此外，在开关稳压器的设计中，减小高瞬态电流环路面积至关重要。对于buck稳压器而言，其工作原理涉及开启和关闭开关器件以转换直流电压。这一过程中，高压侧会产生MOSFET电流，形成对地环路，需从EMI角度进行特别考虑。

输入电容器的优化和高瞬态电压节点的面积控制是关键，同时高压侧MOSFET电流的环路设计需要特别关注EMI因素。

02具体设计策略

 集成高频输入电容器

当MOSFET进行快速开启和关闭操作时，会产生由输入电容器供应的尖锐且不连续的电流。为了实现输入电流环路面积的最小化，诸如TI的3-A LMQ66430-Q1和6-A LMQ61460-Q1 36V buck稳压器，在封装内便集成了高频输入电容器。这样一来，不仅减小了输入电流的回路面积，还降低了输入端的寄生电感，进而减少了电磁能量的输出。

封装内集成高频输入电容器有助于减小电流环路面积，降低寄生电感，从而减少电磁能量的输出。

▍ 自举电容环路管理

自举电容环路也是需要关注的高瞬态电流环路之一。在开关器件导通期间，自举电容负责为高压侧MOSFET栅极提供驱动。而在关断期间，内部电路会对该电容器进行重新充电。由于高压侧MOSFET的源极是连接到开关节点而非GND，因此将自举电容与MOSFET的源极引脚相连，能确保栅源电压(VGS)足够高以开启MOSFET。

在大多数buck稳压器设计中，需要在电路板上预留出开关节点区域以连接自举电容器，但这可能会与减小开关节点以降低EMI的目标相冲突。然而，像LMQ66430-Q1这样在封装内就集成了自举电容的器件，不仅遵循了前述的两个设计规则，还减少了对外部组件的依赖。

封装内自举电容可以减少外部组件需求，并实现高效的栅源电压管理，有助于同时满足EMI和功能要求。