解决电源EMI问题方案：高压充电泵法

继上一篇快包平台征求解决电源EMI问题的方案，小编这里正好收到一份由凌力尔特发布的新产品介绍中，正好可以解决这一问题，今天就来看看他们是采用什么方案来解决这一难度的技术问题的。

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几年前，凌力尔特公司推出了 LT8614 Silent Switcher® 稳压器，该器件无需使用屏蔽盒，就可提供所希望的屏蔽盒效果，同时还消除了上述很多缺点。然而，在某些噪声应用中，由于相关的 EMI 辐射，电源设计师就是不喜欢使用基于电感器的稳压器。同时，由于相对低的转换效率和需要散热器，线性稳压器 (即 LDO) 也有可能被排除在外。结果，设计师们转向了另一种常见和称为充电泵的方法。

充电泵已经出现几十年了，它们提供 DC/DC 电压转换，用开关网络给两个或更多电容器充电和放电。基本充电泵开关网络在电容器的充电和放电状态之间切换。如图 1 所示，C1 是“浮动电容器”，运送电荷，C2 是“存储电容器”，保存电荷，并对输出电压滤波。增加“浮动电容器”和开关阵列会实现多种好处。

图 1：一个电压反相器的简化充电泵方框图

当开关 S1 和 S3 接通或断开时，开关 S2 和 S4 断开或接通，输入电源给 C1 充电。在下一个周期中，S1 和 S3 断开，S2 和 S4 接通，电荷传送到 C2，产生 VOUT = (V+)。

不过，直到最近，充电泵一直提供有限的输入和输出电压范围，这限制了它们在工业和汽车应用中的使用，在这类应用中，高达 40V 或 60V 的输入是常见的。不过，随着凌力尔特公司推出高压充电泵，这种情况现在已经改变了。

高压充电泵

LTC3245 是一款降压-升压型稳压器，丢弃了传统上使用的电感器，而采用了一个开关电容器充电泵。其输入电压范围为 2.7V 至 38V，可在没有反馈分压器的情况下使用，以产生 3.3V 或 5V 这两个固定输出电压之一，或者通过反馈分压器设定为 2.5V 至 5.5V 范围内的任何输出电压。最大输出电流为 250mA。LTC3245 能够调节高于或低于输入电压的输出电压，从而能够满足汽车冷车发动需求。参见图 2 的完整原理图。

图 2：LTC3245 原理图，从 2.7V 至 38V 输入提供固定 5V 输出

这个充电泵用 12V 电源提供 5V/100mA 输出时，能实现 80% 的效率，这几乎是线性稳压器的两倍，从而有可能避免像带散热器的 LDO 那样高之空间和成本要求。该充电泵满负载时功耗几乎低 LDO 三倍。参见图 3 的 LTC3245 效率和功耗曲线。

图 3：12V 输入至 5V 输出时，LTC3245 效率 / 功耗曲线

EFFICIENCY：效率
5VOUT Efficiency vs Output Current：5VOUT 时，效率随输出电流的变化

LTC3245 还具备出色的辐射和传导 EMI 性能，如图 4a 和 4b 所示。这些测量结果是在一个符合 CISPR22 和 CISPR25 要求的微型容器中得出的。正如能够看到的那样，恰当地去耦合以后，在满足政府的辐射和传导 EMI 监管法规要求方面，LTC3245 不会产生任何问题。

图 4：LTC3245 的辐射 (a) 和传导 (b) EMI

AMPLITUDE：幅度
CISPR22 CLASS B LIMIT：CISPR22 CLASS B 限制
FREQUENCY：频率
DETECTOR = PEAK HOLD：检测器 = 峰值保持
SWEEP TIME：扫描时间
10 SWEEPS：10 次扫描
# OF POINTS：点数
CISPR25 CLASS 3 BROADBAND LIMIT：CISPR25 CLASS 3 宽带限制

LOAD = 240Ω WITH 33µF ELECTROLYTIC & CERAMIC INPUT CAP：
负载 = 240Ω 以及 33µF 电解质和陶瓷输入电容器

DETECTOR = PEAK：检测器 = 峰值

在很多工业、医疗和汽车应用中，运算放大器、驱动器和传感器等电子产品常常需要双极性电源。不过，罕有可用于负载点处的双极性电源。由于这种需求以及由于缺少简便易用的解决方案，凌力尔特公司开发了 LTC3260。

LTC3260 是一款负输出充电泵 DC/DC 转换器，具备两个低噪声 LDO 稳压器跟随器，可用单一 4.5V 至 32V 输入电源产生正和负电源，如图 5 的完整原理图所示。该器件可以在高效率突发模式 (Burst Mode®) 运行和低噪声恒定电流频率模式之间切换，从而允许设计师针对应用做出最佳权衡。

LTC3260 可用反相输入电压在充电泵输出 VOUT 端提供高达 100mA 电流。这个 VOUT 还作为负 LDO 稳压器 LDO 的输入电压。充电泵频率可用单个电阻器在 50kHz 至 500kHz 范围内调节。LTC3260 的每个 LDO 都可支持高达 50mA 的负载。而且，每个 LDO 在 50mA 时都有 300mV 压差电压，输出电阻器分压器网络可用来设定输出电压。当两个稳压器都禁止时，停机静态电流仅为 2µA。

图 5：12V 输入电源至 ±5V 输出

结论

众所周知，在设计之初，对于工业、医疗和汽车环境的 EMI 问题需要严加注意，以确保一旦系统完成，能够通过 EMI 测试。直到现在为止，尚没有一种必定成功的方法，能确保通过选择恰当的电源 IC 而在最后轻松地通过 EMI 测试，除了功率非常低的系统。

凌力尔特公司最近推出了低 EMI 稳压器和 DC/DC 转换器，包括一个广泛的线性稳压器系列以及 LT86xx Silent Switcher 降压型转换器。现在，我们日益扩大的高压充电泵系列提供了第三种选择。与线性稳压器相比，这类产品提供高得多的效率和低得多的功耗，而且不需要应对与开关稳压器有关的补偿、布局、磁场和 EMI 问题。