開(kāi)關(guān)穩壓器是采用單片結構還是通過(guò)控制器構建？

開(kāi)關(guān)穩壓器可以采用單片結構，也可以通過(guò)控制器構建。在單片式開(kāi)關(guān)穩壓器中，各功率開(kāi)關(guān)（一般是MOSFET）會(huì )集成在單個(gè)硅芯片中。使用控制器構建時(shí)，除了控制器IC，還必須單獨選擇半導體和確定其位置。選擇MOSFET非常耗費時(shí)間，且需要對開(kāi)關(guān)的參數有一定了解。使用單片式設計時(shí)，設計人員無(wú)需處理這些問(wèn)題。

此外，相比高度集成的解決方案，控制器解決方案通常會(huì )占用更多的電路板空間。所以，毫不意外多年來(lái)人們越來(lái)越多地采用單片式開(kāi)關(guān)穩壓器，如今，即使對于更高功率，也有大量的解決方案可供選擇。圖1左側是單片式降壓轉換器，右側是控制器解決方案。

圖 1. 單片式降壓轉換器（左）；帶外部開(kāi)關(guān)的控制器解決方案（右）。

雖然單片式解決方案需要的空間較少，也簡(jiǎn)化了設計流程，但另一方面，控制器解決方案的優(yōu)勢是更加靈活。設計人員可以為控制器解決方案選擇經(jīng)過(guò)優(yōu)化、適合特定應用的開(kāi)關(guān)管，也可以控制開(kāi)關(guān)管的柵級，所以能夠通過(guò)更巧妙地部署無(wú)源組件來(lái)影響開(kāi)關(guān)邊沿。此外，控制器解決方案適合高功率，因為可以選擇大型分立式開(kāi)關(guān)管，且開(kāi)關(guān)損耗會(huì )遠離控制器IC。

但是，除了這些熟知的單片式解決方案的有利和不利因素之外，還有一個(gè)因素容易忽略。在開(kāi)關(guān)穩壓器中，所謂的熱回路是實(shí)現低輻射的決定因素。在所有開(kāi)關(guān)穩壓器中，應盡量?jì)?yōu)化EMC。實(shí)現優(yōu)化的基本原則之一是：最小化各個(gè)熱回路中的寄生電感。在降壓轉換器中，輸入電容和高壓側開(kāi)關(guān)之間的路徑，高壓側開(kāi)關(guān)和低壓側開(kāi)關(guān)之間的連接，以及低壓側開(kāi)關(guān)和輸入電容之間的連接都是熱回路的一部分。它們都是電流路徑，其中的電流隨開(kāi)關(guān)切換的速度而變化。通過(guò)快速的電流變化，因寄生電感形成電壓偏移，可以作為干擾耦合到不同的電路部分。

所以，這些熱回路中的寄生電感必須保持盡可能低。圖2用紅色標出各熱回路路徑，左側為單片式開(kāi)關(guān)穩壓器，右側為控制器解決方案。我們可以看到，單片式解決方案具有兩大優(yōu)勢。一，其熱回路比控制器解決方案的熱回路小。二，高壓側開(kāi)關(guān)和低壓側開(kāi)關(guān)之間的連接路徑非常短，且只在硅芯片上完成走線(xiàn)。兩者相比，對于帶控制器IC的解決方案，連接的電流路徑必須通過(guò)封裝的寄生電感布線(xiàn)，通常采用的鍵合線(xiàn)和引線(xiàn)框架具有寄生電感。這會(huì )導致更高的電壓偏置，以及更差的EMC性能。

圖 2. 單片式開(kāi)關(guān)穩壓器（左）和帶控制器IC的解決方案（右），每個(gè)都有一些不同形式的熱回路。

結論

單片式開(kāi)關(guān)穩壓器具備額外的，少為人知的EMI優(yōu)勢，這種干擾有多強，對電路有什么影響，具體取決于許多其他參數。但是，就EMC性能而言，單片式開(kāi)關(guān)穩壓器和帶控制器IC的解決方案之間存在差異，這一點(diǎn)值得考慮。