Jak vyřešit hlučnost spínaného zdroje
Vypnutí, malá velikost, nízké náklady a vysoká účinnost z něj činí skvělou hodnotu.
Jeho největší nevýhodou je však vysoký výstupní šum v důsledku vysokých spínacích přechodů. Právě tento nedostatek brání jejich použití ve vysoce výkonných analogových obvodech napájených převážně lineárními regulátory.
Bylo však prokázáno, že v mnoha aplikacích může vhodně filtrovaný spínací převodník nahradit lineární regulátor pro generování nízkošumového napájecího zdroje.
Proto je nutné navrhnout optimalizovaný a tlumený vícestupňový filtr pro eliminaci výstupního šumu spínaného výkonového měniče.
Příklad obvodu v tomto článku bude používat zesilovací převodník, ale výsledky lze přímo aplikovat na jakýkoli DC-DC převodník. Obrázek 1 ukazuje základní průběhy zesilovacího měniče v režimu konstantního proudu (CCM).
Obrázek 1. Základní průběhy napětí a proudu posilovacího měniče
Výstupní filtr je důležitý pro topologii zesílení nebo jakoukoli jinou topologii s režimem nespojitého proudu kvůli rychlým dobám náběhu a poklesu proudu ve spínači B. To má za následek parazitní indukčnost v budicích spínačích, uspořádání a výstupních kondenzátorech. Výsledkem je, že při skutečném použití vypadá výstupní průběh více jako na obrázku 2 než na obrázku 1, a to i s dobrým rozložením a keramickými výstupními kondenzátory.
2. Typické měřené průběhy zesilovacího převodníku v DCM
Spínací zvlnění (spínací frekvence) v důsledku změn náboje kondenzátoru je velmi malé ve srovnání s netlumeným zvoněním výstupního spínače, dále označované jako výstupní šum. Typicky se tento výstupní šum pohybuje od 10 MHz do více než 100 MHz, což je daleko za vlastní rezonanční frekvencí většiny keramických výstupních kondenzátorů. Přidání další kapacity proto pro útlum hluku příliš nepomůže.
Existuje také mnoho typů filtrů vhodných pro filtrování tohoto výstupu. Vysvětlíme každý filtr a poskytneme návrh krok za krokem.
Vzorce v tomto dokumentu nejsou přesné a jsou učiněny některé rozumné předpoklady, aby se tyto vzorce do určité míry zjednodušily. Některé iterace jsou stále vyžadovány, protože každá komponenta ovlivňuje hodnoty ostatních komponent.
Nástroj pro návrh ADIsimPower se tomuto problému vyhýbá použitím linearizačního vzorce pro hodnoty komponent (jako jsou náklady nebo velikost) k optimalizaci před samotným výběrem komponent a poté k optimalizaci výstupu po výběru skutečných komponent z databáze tisíců zařízení. Ale tato úroveň složitosti je zbytečná, když začínáte s návrhem. Pomocí poskytnutých výpočtů, pomocí simulátoru SIMPLIS – jako je bezplatný ADIsimPE™ – nebo strávit nějaký čas v laboratoři můžete dospět k uspokojivému návrhu s minimálním úsilím.
