Tần số tự cộng hưởng quan trọng như thế nào đối với một cuộn cảm khi được sử dụng trong SMPS nhanh (~ 3 MHz)?


16

Tôi đang sử dụng LM2734Z, bộ điều chỉnh buck 3 MHz. Nó thực sự nhanh có nghĩa là nó có một cuộn cảm nhỏ.

Một trong những điều tôi băn khoăn là tần số tự cộng hưởng của cuộn cảm quan trọng như thế nào? Tôi đang sử dụng nó để chuyển 4,8V xuống 20V xuống 3,3V ± 5%.

Tôi đã tìm thấy một cuộn cảm 3.3 3H 2A (theo khuyến cáo của biểu dữ liệu cho 3.3V @ 1A, tôi đánh giá đầu ra tối đa 400mA) "SDR0604-3R3ML." Tần số tự cộng hưởng của nó là 60 MHz, dường như rõ ràng là 3 MHz, nhưng nó là bội số và tôi tự hỏi liệu sóng hài có đi vào nó không?

Ngay cả khi trường hợp này là ổn, vẫn có một quy tắc để tránh các tần số cộng hưởng nhất định (nghĩa là nếu chúng khớp?)

Câu trả lời:


22

Tôi sẽ không lo lắng về nó vì 2 lý do.

Đầu tiên, nó là bội số, nhưng 60Mhz là mức hài hòa thậm chí của 3Mhz. Đầu ra của bộ điều chỉnh về cơ bản phải là sóng vuông và sóng vuông có nội dung ở mức cơ bản và chỉ là sóng hài lẻ. Vì vậy, 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63. Tất nhiên một sóng không hoàn hảo sẽ có một số nội dung thậm chí hài hòa nhưng nó phải nằm dưới bất kỳ sóng hài nào, nếu nó tốt sóng vuông, nó sẽ ở trong tầng tiếng ồn. Nếu trong câu hỏi thiết lập phạm vi của bạn để thực hiện FFT trên đầu ra bộ điều chỉnh và xem đầu ra của nó trông như thế nào ở 60Mhz.

Thứ hai, như danh sách trên cho thấy, bạn đang ở mức hài hòa rất cao ở mức 60mhz. Việc cung cấp chuyển đổi sẽ phải tạo ra một sóng vuông với thời gian tăng / giảm thực sự nhanh để có nhiều nếu có bất kỳ nội dung nào lên cao như vậy. Thông thường chỉ có 3-6 sóng hài đầu tiên là điều bạn cần lo lắng với sóng vuông, tùy thuộc vào thời gian tăng / giảm. Điều đó sẽ phù hợp với một quy tắc lý thuyết là miễn là SRF gấp 5-10 lần tốc độ chuyển đổi của bạn thì bạn sẽ ổn.

EDIT: Quyết định mô hình hóa điều này để một mức độ ...

Kiểm tra mạch, tôi đã sử dụng các tham số từ cuộn cảm mà bạn liên kết cho điện cảm, điện dung đi lạc, ESR và điện trở shunt. Thay đổi điện trở shunt dựa trên tần số và được xác định trong Eqn. Tôi đã mô hình hóa nắp gốm 10uF chung cho nắp bộ lọc đầu ra bao gồm ESR và ESL và tùy ý chọn 1k cho tải. Thực hiện quét AC với nguồn 1V từ 0 đến 250Mhz sau đó đến 1Ghz để xem qua đáp ứng tần số. Điện trở đầu ra của bộ chuyển đổi là một cú đánh trong bóng tối nhưng có lẽ là đúng. văn bản thay thế

Ở đây chúng tôi đang thực hiện quét mà không có nắp bộ lọc đầu ra được gắn để xem SRF của mô hình cuộn cảm, như mong đợi ở mức 60Mhz. văn bản thay thế

Ở đây chúng tôi quét với nắp tại chỗ: văn bản thay thế

Điều này thực sự thú vị. Điều xảy ra là mặc dù cuộn cảm mất các thuộc tính lọc tại SRF, vẫn có bộ lọc RC được hình thành bởi Rout, điện trở của cuộn cảm và nắp đầu ra. Bộ lọc này có khả năng chặn một số tần số cao, đó là lý do tại sao chúng ta không thấy sự thay đổi mạnh mẽ như chúng ta chỉ thấy với cuộn cảm. Tuy nhiên, ở các tần số này, ESL của nắp thực sự bắt đầu được sử dụng để chúng tôi thấy mức sản lượng tăng khi tần số tăng.

Cuối cùng, hãy xem nó tăng như thế nào: văn bản thay thế

Ở mức 1 ghz, cuộn cảm bị chi phối hoàn toàn bởi điện dung đi lạc và nắp bộ lọc bị chi phối bởi ESL, ở mức 10Ghz (không hiển thị), nó tắt ngay.

Tất nhiên, có một loạt các điện cảm, công suất và biến thể đi lạc (đặc biệt là ở tần số thực sự cao) không có trong mô hình đơn giản này nhưng có lẽ nó sẽ hỗ trợ như một hình ảnh đại diện cho những gì đang xảy ra.

Điều thú vị nhất đối với tôi là SRF không phải là một bức tường gạch. Bộ lọc RC vốn có có thể giảm thiểu một số ảnh hưởng của việc nhấn SRF.

EDIT2: Một lần chỉnh sửa nữa, chủ yếu là vì tôi đang sử dụng điều này như một cơ hội để chơi với sim mạch Qucs lần đầu tiên. Chương trình tuyệt vời.

Điều này cho thấy 2 điều. Đầu tiên, nó hiển thị đáp ứng tần số của mạch theo cường độ (tính bằng dB, Xanh lam) và pha (màu đỏ), điều này cho thấy rõ hơn nơi điện dung / điện cảm ký sinh của thành phần tiếp quản. Nó cũng cho thấy một lần quét thứ cấp của bộ tụ điện đầu ra cho thấy tầm quan trọng của việc giảm thiểu điều này thông qua lựa chọn thành phần và bố trí PCB. Nó quét từ 1nH đến 101nH theo các bước 10nH. Bạn có thể thấy nếu tổng độ tự cảm trên PCB tăng rất cao, bạn sẽ mất gần như toàn bộ khả năng lọc của mình. Điều này sẽ dẫn đến các vấn đề EMI và / hoặc các vấn đề tiếng ồn. văn bản thay thế


Được rồi, vì vậy, một nguyên tắc nhỏ là tránh tần số cộng hưởng trong 3-6 sóng hài lẻ (tần số 6-12x?) Còn tần số cộng hưởng dưới tần số hoạt động thì sao? Điều gì xảy ra ở tần số cộng hưởng? Cảm ơn.
Thomas O

Tôi thường sử dụng 5-10 vì tôi bao gồm cơ bản là một trong số 3 đầu tiên. Trong ví dụ trên, sóng vuông hoàn hảo sẽ có 1/29 (sóng hài thứ 29) hoặc 3,45% cường độ ở mức 63Mhz mà nó có ở mức cơ bản, 3Mhz. Đó là cho một sóng vuông hoàn hảo, với thời gian tăng / giảm là 0. Trong thực tế, sóng hài này có thể nhỏ hơn rất nhiều vì tốc độ xoay của bộ chuyển đổi không thể di chuyển nhanh như vậy, nó không thể tạo ra nội dung ở tần số cao.
Đánh dấu

Đối với SRF ít hơn tần số chuyển đổi của bạn. Khi bạn vượt qua SRF, trở kháng của cuộn cảm giảm xuống mức mà bạn mong đợi ở cường độ nhưng lại có sự thay đổi pha âm. Nó hoạt động giống như một tụ điện đi qua DC. Chế độ hoạt động kỳ lạ và tôi nghĩ rằng nó có thể sẽ vặn vẹo với phản ứng của bộ lọc mặc dù tôi chưa bao giờ thực sự làm việc với toán học về điều đó.
Đánh dấu

Cảm ơn bạn đã chỉnh sửa giải thích điều này. Nhiều đánh giá cao.
Thomas O

Bộ chuyển đổi buck thực có thêm điện dung trong mosfet phía cao và diode freewheel. Nếu bạn có vùng chết lớn, các đường thấp trên mosfet và diode schottky và độ tự cảm thấp, thì điện dung phụ lớn hơn nhiều so với điện dung vốn có của cuộn dây. Nói cách khác, tần số cộng hưởng trong mạch của bạn sẽ thấp hơn 60 MHz. Nếu bạn chạy buck trong DCM, bạn sẽ thấy điều này ở dạng dao động ẩm. Bạn có thể sử dụng điều này để tận dụng công tắc thung lũng được chấp nhận hoặc S mới hơn Chế độ chuyển đổi TRAP. Sự cộng hưởng bản thân này không phải là một điều xấu.
Tự kỷ
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.