Kako rešiti hrup stikalnega napajanja
Izklop, majhnost, nizki stroški in visoka učinkovitost so odlična vrednost.
Vendar pa je njegova največja pomanjkljivost visok izhodni šum zaradi visokih preklopnih prehodov. Ta pomanjkljivost jim preprečuje uporabo v visokozmogljivih analognih vezjih, ki jih večinoma napajajo linearni regulatorji.
Vendar je bilo dokazano, da lahko v mnogih aplikacijah pravilno filtriran preklopni pretvornik nadomesti linearni regulator za ustvarjanje nizkošumnega napajanja.
Zato je treba oblikovati optimiziran in dušen večstopenjski filter za odpravo izhodnega hrupa preklopnega pretvornika moči.
Primer vezja v tem članku bo uporabljal ojačevalni pretvornik, vendar je mogoče rezultate neposredno uporabiti za kateri koli pretvornik DC-DC. Slika 1 prikazuje osnovne valovne oblike ojačevalnega pretvornika v načinu konstantnega toka (CCM).
Slika 1. Osnovne valovne oblike napetosti in toka ojačevalnega pretvornika
Izhodni filter je pomemben za ojačevalno topologijo ali katero koli drugo topologijo z diskontinuiranim tokovnim načinom zaradi hitrega naraščanja in upadanja toka v stikalu B. Posledica tega je parazitska induktivnost v vzbujevalnih stikalih, postavitvi in izhodnih kondenzatorjih. Rezultat tega je, da je v dejanski uporabi izhodna valovna oblika bolj podobna sliki 2 kot sliki 1, tudi z dobro postavitvijo in keramičnimi izhodnimi kondenzatorji.
2. Tipične izmerjene valovne oblike ojačevalnega pretvornika v DCM
Preklopno valovanje (preklopna frekvenca) zaradi sprememb napolnjenosti kondenzatorja je zelo majhno v primerjavi z nedušenim zvonjenjem izhodnega stikala, v nadaljevanju imenovano izhodni šum. Običajno se ta izhodni šum giblje od 10 MHz do več kot 100 MHz, kar precej presega samoresonančno frekvenco večine keramičnih izhodnih kondenzatorjev. Zato dodajanje dodatne kapacitivnosti ne prispeva veliko k dušenju hrupa.
Obstaja tudi veliko vrst filtrov, primernih za filtriranje tega izhoda. Razložili bomo vsak filter in podali načrt korak za korakom.
Formule v tem dokumentu niso stroge in nekaj razumnih predpostavk je narejenih za poenostavitev teh formul do določene mere. Še vedno je potrebnih nekaj ponovitev, saj vsaka komponenta vpliva na vrednosti drugih komponent.
Orodje za načrtovanje ADIsimPower se izogne tej težavi z uporabo linearizacijske formule za vrednosti komponent (kot so stroški ali velikost) za optimizacijo, preden dejansko izberete komponente, in nato optimizira izhod po izbiri dejanskih komponent iz baze podatkov tisočih naprav. Toda ta stopnja zapletenosti je nepotrebna, ko začnete z zasnovo. Z uporabo priloženih izračunov, uporabo simulatorja SIMPLIS—kot je brezplačni ADIsimPE™—ali preživljanja nekaj časa na laboratorijski mizi lahko dosežete zadovoljivo zasnovo z minimalnim naporom.
