Ako vyriešiť hluk spínaného zdroja
Vypnutie, malá veľkosť, nízke náklady a vysoká účinnosť z neho robia skvelú hodnotu.
Jeho najväčšou nevýhodou je však vysoký výstupný šum spôsobený vysokými spínacími prechodmi. Práve tento nedostatok bráni ich použitiu vo vysokovýkonných analógových obvodoch poháňaných prevažne lineárnymi regulátormi.
Bolo však dokázané, že v mnohých aplikáciách môže správne filtrovaný spínací menič nahradiť lineárny regulátor na generovanie nízkošumového napájacieho zdroja.
Preto je potrebné navrhnúť optimalizovaný a tlmený viacstupňový filter, aby sa eliminoval výstupný šum spínaného meniča výkonu.
Príklad obvodu v tomto článku bude používať zosilňovací konvertor, ale výsledky možno priamo použiť na akýkoľvek DC-DC konvertor. Obrázok 1 zobrazuje základné tvary vĺn zosilňovacieho konvertora v režime konštantného prúdu (CCM).
Obrázok 1. Základné priebehy napätia a prúdu posilňovacieho konvertora
Výstupný filter je dôležitý pre topológiu zosilnenia alebo akúkoľvek inú topológiu s režimom nespojitého prúdu, kvôli rýchlemu nábehu a dobe poklesu prúdu v spínači B. To má za následok parazitnú indukčnosť v budiacich spínačoch, usporiadaní a výstupných kondenzátoroch. Výsledkom je, že pri skutočnom použití sa výstupný tvar vlny podobá skôr na obrázok 2 ako na obrázok 1, dokonca aj s dobrým rozložením a keramickými výstupnými kondenzátormi.
2. Typické namerané priebehy zosilňovacieho konvertora v DCM
Zvlnenie spínania (frekvencia spínania) v dôsledku zmien náboja kondenzátora je veľmi malé v porovnaní s netlmeným zvonením výstupného spínača, ďalej označovaného ako výstupný šum. Typicky sa tento výstupný šum pohybuje od 10 MHz do viac ako 100 MHz, čo je ďaleko za samorezonančnou frekvenciou väčšiny keramických výstupných kondenzátorov. Preto pridanie dodatočnej kapacity neprispieva k tlmeniu hluku.
Existuje tiež veľa typov filtrov vhodných na filtrovanie tohto výstupu. Vysvetlíme každý filter a poskytneme návrh krok za krokom.
Vzorce v tomto dokumente nie sú presné a existuje niekoľko rozumných predpokladov na zjednodušenie týchto vzorcov do určitej miery. Niektoré iterácie sú stále potrebné, pretože každý komponent ovplyvňuje hodnoty ostatných komponentov.
Návrhársky nástroj ADIsimPower sa tomuto problému vyhýba použitím linearizačného vzorca pre hodnoty komponentov (ako sú náklady alebo veľkosť) na optimalizáciu pred samotným výberom komponentov a potom optimalizáciu výstupu po výbere skutočných komponentov z databázy tisícok zariadení. Ale táto úroveň zložitosti je zbytočná, keď začínate s dizajnom. Pomocou poskytnutých výpočtov, pomocou simulátora SIMPLIS – ako je bezplatný ADIsimPE™ – alebo strávením nejakého času na laboratórnom stole môžete dospieť k uspokojivému návrhu s minimálnym úsilím.
