您现在的位置:首页 > 基础知识基础知识

解决开关模式DC-DC转换器的噪声和空间问题的PowerSoC

发布时间:2016-01-03 10:35:08  来源:大电流电感厂家   查看:

引言

转换效率促塑封电感器使FPGA系统设计师从线性稳压器转向使用开关模式直流-直流转换器。虽然开关模式直流-直流转换器能够显着提高效率,但却需要更复杂的结构设计,更多的部件数量和更大的覆盖区;更为明显的是,对高速输入/输出单元来说,开关模式直流-直流转换器就等于噪声源。

本文描述了开关模式直流-直流转换器的各种噪声分量,同时说明PowerSoC如何将各分量降至最低。本文也进一步用设计示例来说明PowerSoC如何令高速输入/输出单元具有与线性稳压器媲美,甚至更优越的性能。

降压型直流-直流转换器简单模型

一对MOSFET开关、电感器,以及输入和输出滤波电容即可组成一个简易的同步开关模式直流-直流转换器模型。图1为转换周期中的转换器及其相关的直流和交流电流通路。当SW1 闭合时(SW2开启),电流从电源流经电感器到达负载,输入和输出滤波电容实现高频交流电流的"分流".当SW2闭合时(SW1开启),电感器储存的电能在转换周期的后半段为负载提供电流。开启和闭合开关的动作以及高频交流电流的流动都会产生噪声。

直流-直流噪声关键分量和降噪策略

降压型直流-直流转换器有效地将直流电压"分成&电感器厂家quot;交流电压,然后转换回到伪直流电压。此过程产生了四种不同的噪声:1) 转换器直流输出侧的纹波电压,2) 转换器输入电源侧的纹波电压,3) 辐射性电磁干扰,和4)传导性电磁干扰。

输出电压纹波

每个被动元件除了本身的基本功能(电阻、电容、电感)外,还具有另外两个寄生元素:如果是电容,即为等效串联电阻 (ESR) 和等效串联电感 (ESL);如果是电阻,则是等效串联电感和等效并联电容。

输出纹波是交流纹波电流分流或流经输出滤波电容时的副产物。图2展示了小型的输出滤波电容信号模型,和该模型各成分对输出纹波波形的作用。请注意输出滤波电容的ESL是由PCB引线的寄生电感和转换器的内部寄生电感结合形成。ESL通过感应"振动"产生高频尖峰信号。

大多数直流-直流转换器供应商的数据表显示了低通滤波纹波的波形,因此通常无法稳定指示给定应用情况中PCB上测量得到的实际纹波。

降噪策略

基本而言,要降低输出纹波可通过减小纹波电流和 / 或降低电容器 的ESR和ESL以及PCB引线的ESL.

●在开关频率较高的一侧操作将降低给定电感值的纹波电流,从而可以使用较小且ESR/ESL较低的陶瓷电容。但开关频率的升高会增加MOSFET开关的开关损耗,并影响效率。

●将多个电容并联可降低ESR/ESL,就如将电阻并联以降低其合成电阻一样。随着电容个数增加,PCB ESL增加,其效果受到限制,并且将增加转换器的消耗。

●使用小尺寸的滤波元件(电感器和电容)可以减少PCB的长度,从而降低PCB ESL.可惜小尺寸的电感器通常会导致纹波电流较大,但不增加开关频率。

●使用两级滤波,例如在直流-直流输出滤波段和目标负载之间使电感厂家用铁氧体磁珠和电容。这种方法的缺点在于额外的致损耗元件将影响调压效果,并可能降低效率。

输入电压纹波

随着SW1 MOSFET打开和闭合,电流从电源(VIN)流出,形成近似矩形的脉冲波形。上升和下降时间非常快,大约几毫微秒。

与由输出滤波电容和PCB引线ESL产生的输出纹波相似差模电感,输入滤波电容ESR和ESL,以及电源PCB引线ESL产生输入纹波。然而,随着电流时间比(di/dt)的变化增大,输入电流纹波幅度要大的多。因此,PCB电感的影响更为磁芯电感重要,而输入滤波电容必须耐受更高的RMS电流。又大又快的开关电流也是传导性和辐射性EMI(稍后将探讨)的主要来源。

降噪策略

●与输出滤波电容一样,在开关频率较高的一侧操作将可以使用较小且ESR/ESL较低的陶瓷输入滤波电容。同样应注意开关损耗将变大。

●将输入滤波回路中的寄生电感降至最低。这主要通过将滤波电容尽可能靠近直流-直流转换器,以及尽可能短且宽的PCB引线来实现。通常不得将输入滤波电容安装在PCB的对边且通过vias与直流-直流转换器连接,否则会将大量电感引入电流回路中。

辐射性EMI

●又大又快的开关电流流经输入交流电流回路会产生辐射性EMI.如电磁场课程所述,环形天线的辐射效率是回路半径相对于辐射波长的函数。

音乐手机的集中音频技术探讨人类挽留声音的的历史要从爱迪生开始,1877年爱迪生在发明了第一台留声机,让人类的声音首次通过载体在其他的装置上展现。大家还是否记得当年使用Walkman来欣赏音乐的情景呢,而不知曾几何时,手机也开始

赣州飞龙岛大桥照明设计剖析光是人与环境相互联系的媒介,照明解决的正是如何合理的利用光,进而帮助我们更加持续有效地利用周围环境的问题。环境心理学研究表明,人与环境具有相互作用的关系,在这个互动过程中,人可以改变环境,同时,人的思

基于CAN现场总线技术的船舶电站监控系统设计 船舶电站监控系统主要用于监控船舶发电机组的运行状态,调节改善船舶供电的电力品质。本系统取代传统的点对点连线的控制方法,采用CAN 现场总线技术,实现发电机组的远程控制。基于CAN 总线具有结构简单、

CopyRight2014
大电流电感 | 大功率电感 | 扁平线圈电感 注塑加工厂