如何使用转换速率控制EMI
品慧电子讯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 = 10?, RHOL = 0?, RLO = 10? 和 RLOL = 10?。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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