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【导读】许多工业和汽车应用中都使用了同步降压转换器电源拓扑结构；此类应用还要求具有低传导放射和辐射放射特性，以确保电源不会干扰共用同一条总线的其它设备（输入电压 [vin]）。例如，在汽车信息娱乐系统中，电子干扰(emi) 会在汽车立体音响中发出挠人的噪音。
图1显示了同步降压转换器的原理图以及其开关节点波形。高侧mosfet的开关速度和高侧/低侧mosfet与印刷电路板(pcb)杂散电感和电容都具有在开关节点波形达到峰值时振铃的功能。而我们不需要开关节点波形振铃，因为它会增大低侧mosfet的电压应力，并产生电磁干扰。
图1：同步降压转换器
为了确定图1中降压转换器的开关节点振铃与其所产生电磁干扰之间的关系，我按照国家无线电干扰特别委员会(cispr) 25 class 5的规定进行了传导放射测试。图2显示了测试的结果。测得的数据显示：在30mhz-108mhz的频率范围内，降压转换器的传导放射值比class 5限制高出了15dbµv。
图2：cispr 25 class 5, 30mhz-108mhz，降压转换器 vin = 12v, vout = 3.3v, iout= 5a
要降低电磁辐射，首先要降低开关节点的振铃噪声。有以下几种方法：首先减缓mosfet的接通和关闭时间，从而控制开关节点的上升和下降时间。在串联电阻器（rho与rlo）上加装mosfet的栅极引线即可实现该功能；参见图3。第二步是在开关节点与接地之间加装一个缓冲器（rsub与csub）。缓冲器电路可以在转换过渡期间抑制寄生电感和电容。
图3：接通和关闭电路
除利用上述方法来降低开关节点振铃噪音外，还有另一种方法，就是使用lm5140-q1符合汽车应用要求的同步降压控制器。lm5140-q1的一大重要特性是转换速率控制。通过引出驱动器的源侧和接收侧引线，可以独立控制高/低侧mosfet的接通和关闭时间。
在低侧mosfet关闭和高侧顶部mosfet接通期间，开关节点电压从接地升至vin。如果高侧顶部mosfet接通过快，则在过渡时开关节点电压会过冲。增大rho电阻可以降低高侧mosfet的驱动电流，减缓该mosfet的接通时间，同时有助于降低开关节点振铃噪音。注意：减慢高侧mosfet的关闭时间会增大开关损耗。在低电磁辐射和高侧mosfet的开关损耗之间选用rho时，需要做一个权衡折衷。
低侧mosfet损耗包括rds(on)损耗、空载时间损耗和mosfet内部体二极管的损耗。空载（高/低侧mosfet均处于关闭状态）时，低侧mosfet的内部体二极管可传导感应器电流。一般情况下，mosfet的内部体二极管都有较高的正向电压降，因此其效率会大幅降低。而缩短低侧mosfet内部体二极管传导电流的时间可以提高效率。
利用转换速率控制可以在lm5140-q1驱动器输出（lo引脚）和低侧mosfet栅极之间插入一个电阻器(rol)，用来延长低侧mosfet关闭所需的时间。减慢关闭时间可以减少低侧和高侧mosfet传导的空载时间，提高降压转换器的效率。缩短同步降压的空载时间时，切勿同时传导高侧和低侧mosfet。
图4：降压转换器开关节点波形和转换速率控制
我使用lm5140-q1控制器（参见图4）改装了图1所示的电源。使用转换速率控制优化开关节点的上升和下降时间，消除了开关节点的振铃噪音。
下一步是进行cispr 25 class 5传导放射。我选用了以下转换速率控制电阻器值：rho = 10ω, rhol = 0ω, rlo = 10ω 和 rlol = 10ω。选择用于此应用的电阻器对于输入功率低于50w的任何应用来说都是一个很好的起点。
图5显示了传导放射测试的结果和总结。
图5：转换速率控制比较：cispr 25 class 5, vin = 12v, vout = 3.3v, iout = 5a，无转换速率控制(a)和有转换速率控制(b)
降压转换器借助lm5140-q1和转换速率控制将传导放射降低了21dbµv。此外还增强了对开关节点上升和下降的控制，同时无需使用缓冲电路，降低了电路的复杂性和成本。
挑选出转换速率控制电阻器的正确值，不仅可以降低电磁辐射，还能同时提高系统的效率。
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