Hızlı (~ 3MHz) kova SMPS'de kullanıldığında indüktör için kendiliğinden rezonans frekansı ne kadar önemlidir?


16

3 MHz'lik bir kova düzenleyici olan LM2734Z kullanıyorum. Gerçekten hızlı, yani küçük bir indüktörü var.

Merak ettiğim şeylerden biri, indüktörün kendiliğinden rezonans frekansının ne kadar önemli olduğudur? Ben 3.3V ±% 5'e kadar 4.8V ila 20V adım için kullanıyorum.

Bir 3.3uH 2A indüktör buldum (veri sayfası tarafından 3.3V @ 1A için önerildiği gibi, çıktıyı maksimum 400mA olarak derecelendiriyorum) "SDR0604-3R3ML." Kendiliğinden rezonans frekansı 3 MHz'den iyi anlaşılıyor gibi görünen 60 MHz'dir, ancak bu bir kattır ve harmoniklerin içine girip girmediğini merak ediyorum?

Bu durum iyi olsa bile, belirli rezonans frekanslarından kaçınmanın temel kuralı var mı (yani eşleşiyorlarsa?)

Yanıtlar:


22

2 nedenden dolayı bu konuda endişe etmem.

İlk olarak bir kattır, ancak 60Mhz 3Mhz'nin bile harmoniğidir. Regülatörün çıkışı temelde bir kare dalga olmalı ve kare dalgaların temel ve sadece tek harmoniklerinde içeriği olmalıdır. Yani 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63. Tabii ki mükemmel olmayan bir dalga bazı hatta harmonik içeriğe sahip olacak, ancak eğer iyi ise, tuhaf harmoniklerin çok altında olmalıdır. kare dalga, gürültü katında olacak. Söz konusu ise, kapsamınızı regülatör çıkışında bir FFT yapmak ve 60Mhz'de çıkışının neye benzediğini görmek için ayarlayın.

İkincisi, yukarıdaki listenin gösterdiği gibi, 60 mhz'de çok yüksek bir harmoniktesiniz. Anahtarlama kaynağı, bu kadar yüksek bir içeriğe sahip olmak için çok hızlı yükselme / düşme süreleri olan bir kare dalga çıkarmalıdır. Genellikle sadece ilk 3-6 tek harmonik, yükselme / düşme sürelerine bağlı olarak kare dalga ile endişelenmeniz gereken şeydir. Bu, SRF'nin anahtarlama hızınızın 5-10 katı olduğu sürece iyi olmanız gerektiği teorik bir başparmak kuralı için işe yarayacaktır.

EDIT: Bunu bir dereceye kadar modellemeye karar verdim ...

Test Devresi, indüktans, kaçak kapasitans, ESR ve şönt direnci için bağladığınız indüktörden parametreleri kullandım. Şönt direnci frekansa göre değişir ve Eqn. ESR ve ESL dahil olmak üzere çıkış filtresi kapağı için genel bir 10 uF seramik kapak modelledim ve keyfi olarak yük için 1k seçtim. Frekans cevabına bakmak için 0V 250Mhz'den sonra 1Ghz'ye 1V kaynağı olan bir AC süpürmesi yapmak. Değiştiricinin çıkış direnci karanlıkta bir çekimdir ancak muhtemelen sağdadır. alternatif metin

Burada, 60MHz'de beklendiği gibi, indüktör modelinin SRF'sini görmek için çıkış filtresi kapağı takılı olmadan bir tarama yapıyoruz. alternatif metin

Burada kapak yerinde duruyoruz: alternatif metin

Bu gerçekten ilginç. Ne oluyor ki, indüktör SRF'de filtreleme özelliklerini kaybetse bile, hala Rout, indüktörlerin direnci ve çıkış kapağı tarafından oluşturulan bir RC filtresi var. Bu filtre yüksek frekansları bir şekilde bloke edebilir, bu yüzden sadece indüktörde gördüğümüz bir değişikliği keskin olarak görmüyoruz. Ancak bu frekanslarda kapağın ESL'si gerçekten devreye girmeye başladı, bu nedenle frekans arttıkça çıkış seviyesinin yükseldiğini görüyoruz.

Son olarak nasıl arttığını görelim: alternatif metin

1 ghz'de indüktöre tamamen başıboş kapasitans hakimdir ve filtre kapağı ESL'nin hakimiyetindedir, 10Ghz'de (gösterilmemiştir) derhal seviyeler.

Tabii ki bu basit modele dahil olmayan bir sürü başıboş endüktans, kapasitans ve varyasyon (özellikle gerçekten yüksek frekanslarda) vardır, ancak belki de olanların resimli bir temsili olarak yardımcı olacaktır.

Benim için bundan çıkan en ilginç şey, SRF'nin bir tuğla duvar olmamasıdır. Doğal RC filtresi, SRF'ye vurmanın bazı etkilerini azaltabilir.

EDIT2: Bir düzenleme daha, çünkü ben bunu ilk kez Qucs devre sim ile oynamak için bir fırsat olarak kullanıyorum çünkü. Harika bir program.

Bu 2 şey gösterir. Birincisi, devrenin frekans yanıtını büyüklükte (dB, Mavi) ve faz (kırmızı) olarak gösterir, bu, bileşenin parazitik kapasitansının / endüktansının nerede devraldığını daha net gösterir. Ayrıca, çıkış kondansatörünün ESL'sinin, bileşen seçimi ve PCB yerleşimi yoluyla bunu en aza indirmenin ne kadar önemli olduğunu gösteren ikincil bir taramasını gösterir. 10nH'lik adımlarla 1nH'den 101nH'ye süpürme. PCB üzerindeki toplam endüktansın çok yüksek olup olmadığını, filtreleme yeteneğinizin neredeyse tamamını kaybedersiniz. Bu EMI sorunlarına ve / veya gürültü sorunlarına neden olacaktır. alternatif metin


Tamam, 3-6 tek harmonik içindeki rezonans frekanslarından kaçınmak için temel kural budur (yani 6-12x frekans?) Çalışma frekansının altındaki rezonans frekansları ne olacak? Rezonans frekansında ne olur? Teşekkürler.
Thomas O

Genellikle 5-10'u temel 3'ü ilk 3'ten biri olarak dahil ettiğimde kullanıyorum. Yukarıdaki örnekte mükemmel bir kare dalganın 63Mhz'de büyüklüğünün 1/29 (29. harmonik) veya büyüklüğünün% 3,45'i, 3Mhz. Bu, yükselme / düşme süreleri 0 olan mükemmel bir kare dalga içindir. Gerçekte bu harmonik muhtemelen çok daha küçüktür, çünkü anahtarlayıcının dönüş hızı o kadar hızlı hareket edemez, o kadar yüksek frekanslarda içerik üretemez.
Mark

SRF için anahtarlama frekanslarınızdan daha az. SRF'yi geçtiğinizde, indüktörün empedansı, büyüklükte beklediğiniz şeye geri döner, ancak negatif bir faz kayması alır. DC'yi geçen bir kapasitör gibi davranır. Garip çalışma modu ve ben aslında bu konuda matematik hiç çalışmadım rağmen muhtemelen filtre yanıtı ile vida olacağını düşünüyorum.
Mark

Bunu açıklayan düzenlemeleriniz için teşekkürler. Çok takdir etmek.
Thomas O

Gerçek kova dönüştürücü, yüksek yan mosfet ve serbest tekerlek diyotunda ekstra kapasitansa sahiptir. Mosfet ve schottky diyot üzerinde büyük kalıp alanı düşük Rds ve düşük bir endüktansa sahipseniz, ekstra kapasitans bobinin doğal kapasitansından çok daha büyüktür. Başka bir deyişle, devrenizdeki rezonans frekansı 60 MHz'den çok daha düşük olacaktır. DCM'de kova çalıştırırsanız bunu sönümlü salınımlar şeklinde görürsünüz. Bunu kabul edilen vadi anahtarı veya daha yeni S ile avantajlı olarak kullanabilirsiniz. TRAP anahtarlama rejimleri: Bu kendi kendine rezonansın kötü bir şey olması gerekmez.
Otistik
Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.