单片开关稳压器——当一切都在一个芯片上

作者:Frederik Dostal

开关调节器既可以单片构造，也可以通过控制器构造。在单片开关稳压器中，各自的功率开关，通常是mosfet，被集成在一个单晶片中。对于控制器，除了控制器IC，功率半导体必须单独选择和定位。mosfet的选择是费时的，需要一定的理解参数的开关。

设计人员在使用单片设计时不需要处理这个问题。此外，控制器解决方案通常比高度集成的解决方案占用更多的板上空间。因此，难怪在过去的几年里，越来越多的开关稳压器已经被单一执行，所以今天有一个大的选择的合适的解决方案可用，甚至更高的功率。

图1左边是单片降压转换器，右边是控制器解决方案。

虽然单片解决方案需要更少的空间和简化的设计过程，控制器解决方案的一个优势，另一方面，更灵活。设计人员可以为控制器解决方案选择优化的、特定于应用程序的开关，并且可以访问开关的栅极，从而通过巧妙地使用无源组件来影响开关边缘。此外，控制器解决方案适合高功率，因为可以选择大的离散开关和开关损耗耗散与控制器IC的热分离。

然而，除了这些众所周知的支持和反对单一解决方案的论点之外，还有另一个方面通常没有被考虑。在切换调节器时，所谓的热回路对低辐射排放起决定性作用。在所有开关稳压器中，应尽可能优化电磁兼容性。实现这一点的基本规则之一是尽量减小各自热回路中的寄生电感。在buck变换器中，输入电容与高侧开关之间的路径、高侧开关与低侧开关之间的连接、低侧开关与输入电容之间的连接都是热回路的一部分。它们是电流路径，其中电流以切换过渡的速度变化。通过电流的快速变化，电压偏移通过寄生电感形成，并可以耦合到不同的电路部分作为干扰。

因此，这些寄生电感在热回路中必须保持尽可能低。图2分别用红色标出了左侧单片开关调节器和右侧控制器解决方案的热回路路径。我们可以看到单片解决方案有两个优点。首先，热回路比控制器的情况下要小。第二，高侧开关和低侧开关之间的连接路径很短，只在硅上路由。相比之下，对于控制器IC的解决方案，该连接电流路径必须通过封装的寄生电感，通常是来自键合线和引线框架的寄生电感。这将导致更高的电压偏移，相应地，较差的EMC行为。

结论

因此单片开关稳压器提供了一个额外的，相对于电磁干扰较少为人所知的优势。这种干扰有多高以及它对电路的影响取决于许多其他参数。然而，就EMC行为而言，单片开关稳压器和控制器ic解决方案之间存在差异的基本思想值得考虑。