Jak rozwiązać hałas przełączania zasilania
Wyłączanie, mały rozmiar, niski koszt i wysoka wydajność sprawiają, że jest to świetna wartość.
Jednak jego największą wadą jest wysoki poziom szumów wyjściowych spowodowany wysokimi stanami nieustalonymi przełączania. To właśnie ta wada uniemożliwia ich stosowanie w wysokowydajnych układach analogowych zasilanych głównie regulatorami liniowymi.
Udowodniono jednak, że w wielu zastosowaniach odpowiednio filtrowana przetwornica przełączająca może zastąpić regulator liniowy w celu wygenerowania zasilania o niskim poziomie szumów.
Dlatego konieczne jest zaprojektowanie zoptymalizowanego i wytłumionego wielostopniowego filtra eliminującego szumy wyjściowe przełączanej przetwornicy mocy.
Przykładowy obwód w tym artykule będzie wykorzystywał przetwornicę podwyższającą napięcie, ale wyniki można bezpośrednio zastosować do dowolnej przetwornicy DC-DC. Rysunek 1 przedstawia podstawowe przebiegi przetwornicy podwyższającej napięcie w trybie stałoprądowym (CCM).
Rysunek 1. Podstawowe przebiegi napięcia i prądu przetwornicy podwyższającej napięcie
Filtr wyjściowy jest ważny dla topologii boost lub dowolnej innej topologii z trybem prądu nieciągłego, ze względu na szybkie czasy narastania i opadania prądu w przełączniku B. Powoduje to indukcyjność pasożytniczą w przełącznikach wzbudzenia, układzie i kondensatorach wyjściowych. W rezultacie w praktyce kształt fali wyjściowej wygląda bardziej jak na rysunku 2 niż na rysunku 1, nawet przy dobrym układzie i ceramicznych kondensatorach wyjściowych.
2. Typowe zmierzone przebiegi przetwornicy podwyższającej napięcie w DCM
Tętnienie przełączania (częstotliwość przełączania) spowodowane zmianami ładunku kondensatora jest bardzo małe w porównaniu z nietłumionym dzwonieniem przełącznika wyjściowego, zwanym dalej szumem wyjściowym. Zwykle ten szum wyjściowy waha się od 10 MHz do ponad 100 MHz, znacznie poza częstotliwością rezonansu własnego większości ceramicznych kondensatorów wyjściowych. Dlatego dodanie dodatkowej pojemności nie ma większego wpływu na tłumienie hałasu.
Istnieje również wiele rodzajów filtrów odpowiednich do filtrowania tego wyjścia. Wyjaśnimy każdy filtr i podamy projekt krok po kroku.
Wzory w tym artykule nie są rygorystyczne i poczyniono pewne rozsądne założenia, aby do pewnego stopnia uprościć te wzory. Niektóre iteracje są nadal wymagane, ponieważ każdy składnik wpływa na wartości innych składników.
Narzędzie do projektowania ADIsimPower pozwala uniknąć tego problemu, wykorzystując formułę linearyzacji wartości komponentów (takich jak koszt lub rozmiar), aby zoptymalizować przed faktycznym wyborem komponentów, a następnie zoptymalizować dane wyjściowe po wybraniu rzeczywistych komponentów z bazy danych zawierającej tysiące urządzeń. Ale ten poziom złożoności jest niepotrzebny, gdy zaczynasz od projektu. Korzystając z dostarczonych obliczeń, korzystając z symulatora SIMPLIS — takiego jak bezpłatny ADIsimPE™ — lub spędzając trochę czasu na stole laboratoryjnym, można uzyskać zadowalający projekt przy minimalnym wysiłku.
