CN113572351A - 一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及开关转换器技术领域，公开了一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路，包括控制IC模块、驱动IC模块、GaN基BUCK功率转换模块和两级LC滤波模块。本申请解决了GaN器件作为BUCK转换器的功率管使用时，存在较大的EMI干扰的问题，通过进一步优化GaN基BUCK转换器的EMI性能，为无人机等航空航天设备用电子设备提供低电磁干扰的电源系统。
Description
技术领域
本申请涉及开关转换器技术领域，具体涉及一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路。
背景技术
21世纪是信息爆炸的时代，信息的产生、传递、接收、处理和储存等都需要依赖电磁波作为载体。广义地说，声波、无线电波、光波均可作为信息载体，因此，广义的电磁兼容性概念也应拓展到声、光、电的广阔领域。
在复杂的电磁环境中，任何电子及电气产品除了本身能够承受一定的外来电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）而保持正常工作外，还不会对其他电子及电气设备 产 生 不 可 承 受 的电 磁 干 扰 ，该 产品 即 具 有电 磁 兼 容 性（Electromagneric Compatibility，EMC）。
传统的Si基BUCK功率转换器电路需要较大的电感，在诸如无人机等航空航天设备用电子设备中，其EMI抑制成为一个难题。而GaN器件具有导通电阻低、开关速度快的特点，作为BUCK转换器的功率管使用，可以减小所用电感的感值，但是仍然存在较大的EMI干扰。
例如公开号为CN 112003468 A，公开日为2020.11.27，发明名称为“一种低EMI的GaN基开关电容型转换器电路”的现有技术中，在利用GaN器件作为功率管的开关电容型转换器电路能够有效改善变换器的EMI性能，但其无法作为降压电路使用，因此限值了该电路的使用范围和应用场景。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题和缺陷，本申请提出了一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路，
为了实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：
一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路，包括控制IC模块和驱动IC模块，还包括GaN基BUCK功率转换模块和两级LC滤波模块，其中：
所述制IC模块用于为GaN基BUCK功率转换模块提供时钟信号
所述驱动IC模块用于驱动GaN基功率开关管；
所述GaN基BUCK功率转换模块用于实现12V到1.2V的降压功率转换；
所述两级LC滤波模块用于整体电路的EMI优化。
进一步地，所述GaN基BUCK功率转换模块包括GaN功率开关管G1、GaN功率开关管G2以及输入电容Cin，GaN功率开关管G1的源极连接电压输入端Vin和输入电容Cin的上极板，GaN功率开关管G1的栅极与驱动IC模块的高输出信号HO相连，GaN功率开关管G1的漏极与GaN功率开关管G2的漏极相连并与两级LC滤波模块相连， GaN功率开关管G2的栅极与驱动IC模块的低输出信号LO相连，其源极与输入电容Cin的下极板相连并与地电位连接。
进一步地，所述两级LC滤波模块包括电感L1、电容C1、电感L2和电容C2，电感L1的一端与GaN功率开关管G1的漏极连接，另一端与电容C1的上极板相连并与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C2的上极板相连并与负载和输出端Vout相连，电容C1的下极板和电容C2的下极板相连并与地电位连接。
进一步地，所述控制IC模块的型号为LTC3833。
进一步地，所述驱动IC模块的型号为LM5113。
本申请的有益效果：
（1）本申请解决了GaN器件作为BUCK转换器的功率管使用，依然存在较大的EMI干扰的问题，进一步优化了GaN基BUCK转换器的EMI性能，为无人机等航空航天设备用电子设备提供低电磁干扰的电源系统。
（2）本申请相较于现有技术，具有导通电阻低、开关速度快、电压可升降等优点，对有较大EMI干扰的电路，二级LC滤波电路依然能够很好的改善整体电路的EMI性能。
附图说明
本申请的前述和下文具体描述在结合以下附图阅读时变得更清楚，附图中：
图1为本申请电路结构原理图；
图2为未优化前GaN基BUCK转换器在100kHz~100MHz范围内EMI仿真图；
图3本申请优化后GaN基BUCK转换器在100KHz~100MHz范围内EMI仿真图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例来进一步说明实现本申请发明目的的技术方案，需要说明的是，本申请要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。
本实施例公开了一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路，参照说明书附图1，包括控制IC模块、驱动IC模块、GaN基BUCK功率转换模块和两级LC滤波模块，其中：
所述控制IC模块用于为GaN基BUCK功率转换模块提供时钟信号；所述驱动IC模块用于驱动GaN基功率开关管；所述GaN基BUCK功率转换模块用于实现12V到1.2V的降压功率转换，包括GaN功率开关管G1、GaN功率开关管G2以及输入电容Cin；所述两级LC滤波模块用于整体电路的EMI优化，包括电感L1、电容C1、电感L2和电容C2； 所述GaN功率开关管G1的源极连接电压输入端Vin和输入电容Cin的上极板，GaN功率开关管G1的栅极与驱动IC模块的高输出信号HO相连，GaN功率开关管G1的漏极与GaN功率开关管G2的漏极相连并与两级LC滤波模块的电感L1的一端相连，GaN功率开关管G2的栅极与驱动IC模块的低输出信号LO相连，其源极与输入电容Cin的下极板相连并与地电位连接，所述电感L1的另一端与电容C1的上极板相连并与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C2的上极板相连并与负载和输出端Vout相连，电容C1的下极板和电容C2的下极板相连并与地电位连接。
进一步地，在本实施例中，所述控制IC模块的型号为LTC3833。
进一步地，在本实施例中，所述驱动IC模块的型号为LM5113。
工作原理：
参照说明书附图1所示，控制IC模块为整个电路工作提供全局时钟信号，主要通过控制驱动IC模块来控制功率管G1和G2的开起和关闭。在驱动IC模块的控制下，功率管G1开启，输出电压VOUT由0逐渐上升到1.2V（会有一定的超出），在VOUT上升期间，通过功率管G1的电流一部分为两个电感充电，一部分提供给VOUT的ILOAD，然后功率管G1关闭，功率管G2为电感L1和电感L2提供电流的续流通路，电感释放此前存储的能量，为电压VOUT的负载ILOAD提供能量，电压VOUT逐渐降低。当电压低于1.2V时，功率管G2关闭，功率管G1开启，则电压再次逐渐上升。循环往复，输出电压VOUT保持在1.2V输出。由于输出电压VOUT的波动，导致整体电路的EMI较大，因此借助电感和电容构成的两级滤波，对输出电压VOUT的纹波进行滤波，降低输出电压VOUT对负载及其他电路的EMI干扰。
通过LTspice仿真得到如图2所示的未优化前GaN基BUCK转换器在10Hz~1GHz范围内EMI仿真图，在100KHz~30MHz的传导EMI范围内，存在多个谐振频率上的噪声尖峰，最大尖峰为-60dB，在大于30MHz的辐射EMI范围内，EMI均小于-140dB。如图3所示为经过本发明提出的一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路优化后EMI仿真图，可见，在100KHz~30MHz的传导EMI范围内，谐振频率上的噪声尖峰明显减小，最大尖峰为-120dB，在大于30MHz的辐射EMI范围内，EMI均小于-180dB，因此本申请的EMI的性能有极大的改善。
以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式上的限制，凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本申请的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路，包括控制IC模块和驱动IC模块，其特征在于：还包括GaN基BUCK功率转换模块和两级LC滤波模块，其中：
所述控制IC模块用于为GaN基BUCK功率转换模块提供时钟信号；
所述驱动IC模块用于驱动GaN基功率开关管；
所述GaN基BUCK功率转换模块用于实现12V到1.2V的降压功率转换；
所述两级LC滤波模块用于整体电路的EMI优化。
2.根据权利要求1所述的一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路，其特征在于：所述GaN基BUCK功率转换模块包括GaN功率开关管G1、GaN功率开关管G2以及输入电容Cin，GaN功率开关管G1的源极连接电压输入端Vin和输入电容Cin的上极板，GaN功率开关管G1的栅极与驱动IC模块的高输出信号HO相连，GaN功率开关管G1的漏极与GaN功率开关管G2的漏极相连并与两级LC滤波模块相连，GaN功率开关管G2的栅极与驱动IC模块的低输出信号LO相连，其源极与输入电容Cin的下极板相连并与地电位连接。
3.根据权利要求2所述的一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路，其特征在于：所述两级LC滤波模块包括电感L1、电容C1、电感L2和电容C2，电感L1的一端与GaN功率开关管G1的漏极连接，另一端与电容C1的上极板相连并与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C2的上极板相连并与负载和输出端Vout相连，电容C1的下极板和电容C2的下极板相连并与地电位连接。
4.根据权利要求1所述的一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路，其特征在于：所述控制IC模块的型号为LTC3833。
5.根据权利要求1所述的一种GaN基BUCK转换器的EMI优化电路，其特征在于：所述驱动IC模块的型号为LM5113。
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