DC/DC開關(guān)電源布局設(shè)計(jì)---噪聲的來源和降低
發(fā)布時(shí)間:2020-09-15 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】在設(shè)計(jì)電源過程中,最佳的工作頻率是一個(gè)重要的參數(shù)。對(duì)于低頻,往往對(duì)應(yīng)周圍器件的尺寸增大,從而成本也增加。工作頻率高,周圍器件尺寸減小,但是對(duì)應(yīng)的自身?yè)p耗也增加。如何 tradeoff?
在設(shè)計(jì)電源過程中,最佳的工作頻率是一個(gè)重要的參數(shù)。對(duì)于低頻,往往對(duì)應(yīng)周圍器件的尺寸增大,從而成本也增加。工作頻率高,周圍器件尺寸減小,但是對(duì)應(yīng)的自身?yè)p耗也增加。如何 tradeoff?
1. 頻率與周圍器件的關(guān)系
在上圖中,可以看到當(dāng)頻率在 100Khz 時(shí),電感占據(jù)主要地位,隨著頻率升高,電感的體積也是在減小的,感值也相應(yīng)的再減少。輸出端的電容值也是隨頻率升高而降低。輸入端的電容基本上保持不變。
2. 頻率與損耗關(guān)系
對(duì)于半導(dǎo)體器件,損耗包括兩部分,一部分是開關(guān)損耗,一部分是傳導(dǎo)損耗,開關(guān)損耗隨頻率的升高而升高,傳導(dǎo)損耗不受工作頻率的影響。當(dāng)開關(guān)損耗與傳導(dǎo)損耗相等時(shí),總損耗最低。
通過以上兩個(gè)參數(shù),可以合理的設(shè)計(jì)電源工作頻率。
3. 電源布局設(shè)計(jì) --- 噪聲的來源和降低
1)運(yùn)放的輸入與輸出
在設(shè)計(jì)電源時(shí),良好的布局可以降低電源噪聲,電源噪聲主要有三種:運(yùn)算放大器的輸入與輸出,參考電壓和斜坡。如下圖所示:
運(yùn)放輸入端可能是電源中最為敏感的點(diǎn),若要減小噪聲,必須最小化節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)度,并盡可能將反饋和輸入組件靠近運(yùn)放放置。如果反饋網(wǎng)絡(luò)中存在高頻積分內(nèi)容,最理想的布局是,將反饋電阻放置到靠近運(yùn)放的輸入端,如果高頻信號(hào)注入電阻 - 電容節(jié)點(diǎn),高頻信號(hào)就要承受電阻阻抗,而電容對(duì)于高頻的容抗很小。
2)斜坡
斜坡通常由電容器充放電引起(電壓模式),或者由電源開關(guān)的采樣電流(電流模式)。電壓模式影響不大,因?yàn)殡娙輰?duì)高頻輸入的信號(hào)阻抗很小,但是電流模式卻是個(gè)問題。如下圖所示:
對(duì)于上圖中的第一個(gè)圖,可以采用 IC 控制上升沿消隱方法來去除,對(duì)于第二個(gè)圖,可以采用并聯(lián)多個(gè)電容的方法去除(主要是因?yàn)榉浅浞中甭恃a(bǔ)償) 。
4. 電源噪聲的解決辦法
第三點(diǎn)已經(jīng)提及了幾種引起電壓噪聲的方法,那么在排查電源噪聲的時(shí)候,需要從三點(diǎn)入手。
1)觀察運(yùn)放的輸出端是否有高頻變化,改變補(bǔ)償組件;
2)運(yùn)放的參考電壓,可以選用可靠的電壓源,TL431 較常用;
3)通過改變 MOS 的柵極電阻也可以對(duì)開關(guān)波形有一定的作用。
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