Наскільки важлива частота саморезонансу для індуктора при використанні у швидкій (~ 3 МГц) SMPS?


16

Я використовую LM2734Z, регулятор долара 3 МГц. Це дуже швидко, а це означає, що він має невеликий індуктор.

Мене цікавить одна з речей, наскільки важливою є саморезонансна частота індуктора? Я використовую його для кроку від 4,8 до 20 В до 3,3 В ± 5%.

Я знайшов індуктор 3,3 мкг 2А (як рекомендує таблиця даних для 3,3 В @ 1А, я оцінюю вихід до 400 мА максимум) "SDR0604-3R3ML". Її саморезонансна частота становить 60 МГц, що, здається, добре зрозуміло 3 МГц, але це множинне, і мені цікаво, чи не ввійдуть у нього гармоніки?

Навіть якщо цей випадок нормальний, чи існує правило, щоб уникнути певних резонансних частот (тобто, якщо вони відповідають?)

Відповіді:


22

Я б не хвилювався з цього приводу з 2 причин.

По-перше, це множинне, але, 60 МГц - це рівномірна гармоніка 3 МГц. Вихід регулятора повинен бути в основному квадратною хвилею, а квадратні хвилі мають зміст за основними і лише непарними гармоніками. Отже, 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63. Звичайно, не ідеальна хвиля матиме певний гармонійний зміст, але вона повинна бути набагато нижче будь-якої дивної гармоніки, якщо вона хороша квадратної хвилі, вона буде в шумовій підлозі. Якщо у вас є питання, налаштуйте свою сферу дії на FFT на виході регулятора і подивіться, як виглядає його вихід на 60 МГц.

По-друге, як показано у наведеному вище списку, ви дуже гармонійні при 60 МГц. Подача комутації повинна виводити квадратну хвилю з дуже швидкими періодами підйому / падіння, щоб мати багато, якщо якийсь вміст настільки високий. Зазвичай лише перші 3-6 непарних гармонік - це те, про що потрібно хвилюватися з квадратною хвилею, залежно від часу підйому / падіння. Це підходило б до теоретичного принципу: якщо SRF в 5-10 разів перевищує вашу швидкість перемикання, у вас має бути добре.

EDIT: Вирішили моделювати це так певною мірою ...

Тестова схема, я використовував параметри індуктора, який ви зв’язували, для індуктивності, збитої ємності, ШОЕ та опору шунта. Опір шунту змінюється залежно від частоти і визначається в рівнянні. Я моделював загальний керамічний ковпачок 10uF для вихідного ковпачка фільтра, включаючи ESR та ESL, і довільно вибрав 1 к для навантаження. Здійснення змінного струму з джерелом 1В від 0 до 250 МГц, потім пізніше до 1 ГГц, щоб зазирнути на частотну характеристику. Вихідний опір комутатора - це постріл у темряві, але, ймовірно, приблизно справа. alt текст

Тут ми робимо розгортку без прикріпленого кришки вихідного фільтра, щоб побачити SRF моделі індуктора, як очікувалося, при 60 МГц. alt текст

Ось ми підмітаємо шапкою на місці: alt текст

Цей насправді цікавий. Що відбувається в тому, що, хоча індуктор втрачає свої фільтруючі властивості при SRF, все ще є RC-фільтр, утворений Rout, опір індукторів та вихідний ковпак. Цей фільтр здатний дещо блокувати високі частоти, тому ми не бачимо настільки різких змін, як це бачимо лише з індуктором. Однак на цих частотах ESL кришки дійсно починає грати, тому ми бачимо зростання рівня виходу при збільшенні частоти.

Нарешті давайте подивимось, як вона збільшується: alt текст

На 1 ГГц в індукторі повністю переважає бродяча ємність, а ковпачок фільтра, де домінує ESL, при 10 ГГц (не показано) він вирівнюється прямо.

Звичайно, існує купа бродячих індуктивностей, ємностей та змін (особливо на дуже високих частотах), які не входять до цієї простої моделі, але, можливо, це допоможе як мальовниче відображення того, що відбувається.

Найцікавіше, що у мене вийшло, це те, що СРФ - це не цегляна стіна. Притаманний RC-фільтр може пом'якшити деякий ефект від удару СРФ.

EDIT2: Ще одна редакція, головним чином тому, що я використовую це як можливість вперше зіграти з схемою Qucs. Класна програма.

Це показує 2 речі. По-перше, його відображення частотної характеристики в ланцюзі за величиною (в дБ, синій) та фазою (червоним) це показує чіткіше, де переймає паразитичну ємність / індуктивність компонента. Він також показує вторинну зачистку ESL вихідного конденсатора, показуючи, як важливо мінімізувати це за допомогою вибору компонентів та компонування друкованої плати. Її розмах від 1nH до 101nH з кроком 10nH. Ви можете бачити, якщо загальна індуктивність на друкованій платі стає дуже високою, ви втрачаєте майже всі свої можливості фільтрації. Це спричинить проблеми ЕМІ та / або проблеми з шумом. alt текст


Гаразд, таким чином, як правило, слід уникати резонансних частот у межах 3-6 непарних гармонік (так частота 6-12x?) Що з резонансними частотами нижче робочої частоти? Що відбувається на резонансній частоті? Спасибі.
Thomas O

Зазвичай я використовую 5-10, як я включаю фундаментальну як одну з перших 3. У наведеному вище прикладі досконала квадратна хвиля мала б 1/29 (29-ма гармоніка) або 3,45% від величини при 63 МГц, яку вона має в своїй основі, 3 МГц. Це для ідеальної квадратної хвилі з часом підйому / падіння 0. Насправді ця гармоніка, ймовірно, набагато менша, оскільки швидкість увімкнення комутатора не може рухатись так швидко, вона не може створювати вміст на таких високих частотах.
Марк

Щодо SRF менше ваших частот комутації. При перетині SRF імпеданс індуктора знижується до того, що ви очікували б за величиною, але приймає негативний зсув фази. Він діє ніби як конденсатор, який пропускає постійний струм. Дивний режим роботи, і я думаю, що це, ймовірно, накрутить відповідь фільтра, хоча я ніколи насправді не розробляв математику на цьому.
Марк

Дякуємо за ваші зміни, що пояснили це. Цінується.
Томас О

Реальний перетворювач долара має додаткову ємність у високому боковому мосфеті та вільному діоді. Якщо у вас велика площа штампу з низьким Rds на мосфеті та діод Шоткі і низька індуктивність, то додаткова ємність набагато більша, ніж притаманна ємність котушки. Іншими словами, резонансна частота у вашій схемі буде набагато нижчою за 60 МГц. Якщо ви запускаєте долар в DCM, ви побачите це у вигляді демпфірованих коливань. Ви можете використовувати це, щоб отримати перевагу за допомогою прийнятого перемикача долини або нового S Режими комутації TRAP. Цей резонанс не повинен бути поганою справою.
Аутист
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.