熱回路究竟是什么？

當涉及到開關穩壓器及其電磁兼容性(EMC)時，總是會提到熱回路。尤其是優化印刷電路板上的走線布局時，更是離不開這個話題。但熱回路到底指的是什么？

開關穩壓器中需要不斷開關電流。這些電流通常比較大。每當電流流動時，會產生磁場。如果快速開關大電流，就會產生交變磁場。此外，如果開關電流時，路徑中存在寄生電感，就會產生電壓失調。電流會容性耦合到相鄰的電路部件中，并增加電源的噪聲輻射。綜上所述，我們可以說開關電流是導致開關模式電源產生噪聲的主要原因。圖1顯示了簡化的降壓轉換器拓撲結構。所有存在連續電流的線路都用藍色表示。所有快速開關電流的線路都用紅色表示。

圖1.具有連續電流的線路用藍色表示，存在開關電流的線路用紅色表示。

圖1中的紅色線路是關鍵線路。它們看起來像一個電流回路，因此被稱為回路。熱回路意味著這個回路特別關鍵，因為它涉及到快速開關電流。如果我們仔細觀察這個回路，可以看到圖1中的紅色回路從來沒有真正的電流流過，這個因為兩個開關從來不會同時打開。它只是單條線路的組合，在特定時間會有電流流過，在其他時間則沒有電流流過。在圖2中，各連接線路旁的箭頭表示電流流動的方向。同時，通過指定的符號表示電流流過的時間。在其他時間，沒有電流流經該導體。

表1顯示圖2中的每條紅色線路何時傳導電流，何時不傳導電流。在降壓穩壓器占空比周期的開啟時段，高壓側開關開啟，低壓側開關關閉，我們看到電流從輸入電容流出，通過高壓側開關，但是沒有電流流經低壓側開關。在占空比周期的關閉時段，電流通過低壓側開關（從地到開關節點），其他三條紅色線路則沒有電流流過。

表1.高壓側和低壓側開關狀態與降壓穩壓器占空比周期之間的關系

從圖2中很容易看出，熱回路并不是一個獨立的電流回路，而是由兩個真實的電流回路組成的虛擬電流回路。

圖2.熱回路中電流方向不同的各個線路。

圖3顯示電路所基于的實際電流回路。一個電流回路顯示為藍色，另一個顯示為綠色。在這些完整的電流回路之間，確實會反復出現開關操作；但是，在某些線路中，兩個電流回路中的電流流動方向相同，因此會疊加形成連續電流，就EMC而言影響不大。這些線路不會被稱為熱回路。

圖3.會導致所謂熱回路的實際電流回路。

開關穩壓器的熱回路因開關穩壓器的拓撲結構而異。其設計應盡可能窄小緊湊，以減少噪音產生和傳播。ADI公司提供的Silent Switcher^? 2技術通過將輸入電容集成到IC封裝，盡可能縮小關鍵熱回路。同時，將熱回路分成兩個對稱的形狀，可以產生兩個極性相反的磁場，從而大幅抵消輻射噪聲。Power by Linear提供的LT8609S 就是?采用這種技術的開關穩壓器。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀于德國紐倫堡埃爾蘭根大學微電子學專業。他于2001年開始工作，涉足電源管理業務，曾擔任各種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開關模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現場應用工程師。