开关转换器代替线性稳压器,如何有效降低噪声?

2019-07-16 13:19发布

开关电源由于尺寸小、成本低和效率高而具有极高的价值,而最大的缺点就是高开关瞬态导致高输出噪声,这个缺点使它们无法用于以线性稳压器供电为主的高性能模拟电路中。

但是如果经过适当滤波的开关转换器可以代替线性稳压器从而产生低噪声电源,哪怕在要求极低噪声电源的苛刻应用中,上游电源树的某个地方也有可能存在开关电路。求一些设计方法,或者可以讨论一下开关电源设计。
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5条回答
adcmvp
2019-07-17 02:22
使用RC阻尼网络的LC滤波器设计步骤

第1步:正如之前的拓扑,选择C1,使其等于没有输出滤波器时的情况。10 mV p-p至100 mV p-p是个不错的开始,具体取决于最终目标输出纹波。C1随后可通过公式8计算得出。C1在这个拓扑中可以采用比之前拓扑更小的数值,因为滤波器效率更高。

第2步:在之前的拓扑中,选择数值为0.5 μH至2.2 μH的电感。对于500 kHz至1200 kHz的转换器而言,1 μH是一个很好的数值。

第3步:与前文相同,C2可以从公式16中选择,但RFILT应设为较大的值,比如1 MΩ,因为不会安装该元件。无论C1是否有额外的电容,它的值不变的原因是,为了提供良好的阻尼,RD会足够大,以至于CD不会过多地降低纹波。将C2设为C2、CBW和C1计算得出的最小值。此时回到第1步并调节C1上的纹波会很有用,这样计算得到的C2近似等于CBW和C1。

第4步:CD的值应当等于C1。理论上,使用更大的电容可以实现滤波器的更多抑制,但它不必要地增加了成本和尺寸,并且会降低转换器带宽。

第5步:RD可以通过公式17计算得出。FRES通过公式7计算得出,忽略CD。这是一个很好的近似,因为Rd通常足够大,从而CD几乎不影响滤波器谐振位置。


第6步:现在,CD和RD都已算出,可以使用带有串联电阻的陶瓷电容,或者选择带有大ESR的钽电容或类似电容来满足计算得出的规格。

第7步:选择实际的元件来匹配计算值时,注意需对任意陶瓷电容进行降低额定值处理,以便将直流偏置纳入考量中!

另一种滤波器技术是以铁氧体磁珠代替之前滤波器中的L。但是,这种方案有很多缺点,它限制了开关噪声滤波的有效性,而对开关纹波几乎没有好处。首先是饱和。铁氧体磁珠将在极低的偏置电流电平处饱和,这意味着铁氧体会比所有数据手册中零偏置曲线所表示的都要低得多。它可能依然需要抑制,因为它仍然是一个电感,因此会跟随输出电感谐振。但现在电感是一个变量,而且以大部分数据手册所能提供的极少量数据进行极差的特性化。由于这个原因,不建议使用铁氧体磁珠作为二级滤波器,但可以用在下游以进一步降低极高的频率噪声。

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