Електронні компоненти і системи 
Импульсные стабилизаторы напряжения являются источниками электромагнитных помех в электронной аппаратуре. Помехи образуются при коммутации токов в контурах таких стабилизаторов. Топология таких контуров и рекомендации по минимизации их площади рассмотрены в данной статье.
Ф. Достал
Термин “горячий” контур используют для анализа электромагнитной совместимости (ЭМС) импульсных стабилизаторов напряжения и других коммутируемых устройств электронной аппаратуры. Это позволяет оптимизировать разводку печатной платы, на которой установлены такие стабилизаторы, и уменьшить уровень генерируемых ими помех. Поясним более подробно, что из себя представляет “горячий” контур или “горячая” петля в таких устройствах. Коммутируемые токи формируют электромагнитное поле, являющееся источником излучаемых помех. Одновременно помехи через паразитную емкость проникают в цепи питания электронной аппаратуры. На рис. 1 показана обычная топология разводки печатной платы понижающего преобразователя на основе импульсного стабилизатора напряжения. Контур постоянного тока показан синим цветом. Контур с коммутируемыми токами – красным цветом.
Рис. 1. Контуры постоянного и коммутируемого токов импульсного стабилизатора напряжения
Как следует из рис.1, красный или “горячий” контур никогда не бывает замкнут, т.к. оба ключа всегда находятся в разных состояниях.
Рис. 2. Различные направления токов в “горячем” контуре в разные циклы работы импульсного стабилизатора напряжения
На рис. 2 стрелками показаны направления контурных токов. Кроме того, на этом рисунке указаны временные интервалы, в которые эти токи протекают в контурах. Из таблицы видно, как распределены временные интервалы наличия/отсутствия токов в цепи “горячего” контура.
Таблица. Режимы включения/выключения ключей в импульсном стабилизаторе напряжения
Во время первого цикла понижающего преобразователя ключ на стороне высокого напряжения замкнут, а ключ на стороне низкого напряжения разомкнут. Во втором цикле ключ на стороне низкого напряжения преобразователя замкнут, а на стороне высокого напряжения – разомкнут.
Из рис. 2 следует, что “горячий” контур представляет собой некий виртуальный контур, состоящий в действительности из двух реальных контуров.
На рис. 3 показаны реальные токовые контуры схемы импульсного стабилизатора напряжения. Один контур отмечен синим цветом, а другой контур – зеленым. Между двумя токовыми контурами происходит переключение, однако в отдельных цепях этих контуров токи протекают в одном и том же направлении в каждом цикле, накладываясь друг на друга и таким образом формируя в них непрерывный ток. В этом случае данные цепи импульсного стабилизатора не генерируют электромагнитные помехи.
Рис. 3. Реальные токовые контуры в импульсном стабилизаторе напряжения
В зависимости от топологии разводки печатной платы площадь “горячего” контура может быть большей или меньшей. Чтобы минимизировать уровень излучаемых электромагнитных помех, необходимо площадь “горячего” контура при проектировании печатной платы делать как можно уже и компактней. Новая технология “тихих” импульсных стабилизаторов (Silent Switcher®) компании Analog Devices основана на минимизации площади “горячего” контура, в том числе, благодаря интеграции развязывающих конденсаторов в корпус микросхемы стабилизатора. Кроме того, путем разделения горячих контуров на два симметричных в импульсном стабилизаторе формируются два электромагнитных поля противоположной полярности, что позволяет взаимно компенсировать генерируемые этими полями электромагнитные помехи. Примером такого стабилизатора является ИМС LT8609S семейства Silent Switcher®
ВЫВОДЫ
Применение эффективных импульсных стабилизаторов напряжения зачастую ограничивается высоким уровнем генерируемых ими электромагнитных помех, которые возникают из-за наличия “горячих” контуров при разводке печатной платы. В статье указаны основные направления уменьшения уровня излучаемых помех такими стабилизаторами. Более подробно эти направления раскрыты в опубликованной в этом же номере журнала статье “Эффективные импульсные стабилизаторы с малым уровнем излучаемых помех” того же автора.
