LC电源滤波

2019-07-13 21:33发布

参考资料

《仿真 SSO 噪声通过电磁仿真和瞬态电路仿真可以精确预测出 SSO 噪声性能》   作者:Michael Brenneman  Ansoft公司技术总监   http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_3004619.HTM   http://hi.baidu.com/qinshaoq/item/416eb6eb36041c2e5a2d649a   http://www.sancon.com.cn/productshow.php?Id=319

名词解释

sso

    多个输出驱动电路同时改变状态时,电源系统中变化的电流会引起电压感应,从而产生电源扰动,这些扰动称为SSO噪声。它会在输出驱动电路、输入接收电路或内
部逻辑电路之间产生有害的瞬态电压。同步切换噪声的产生可能是由于信号/接地引脚比不当或返回路径中断而引起的。     下图是一个简单的示意图,说明了导致SSO噪声的机制。图示的BGA封装位于PCB电源层和接地层之间。用户I/O “A” 设置为逻辑低电平。在该条件下,在 “D” 处测量的电压保持在接地电位。电感Lgnd表示BGA和PCB返回路径的电感。当用户I/O “C” 由于流经电感器的瞬态电流而闭合时,在“D”处测得的电压Vglitch。     Glitch(低频瞬态干扰)称为SSO噪声,它是由接地电感上的电压 L di/dt  造成的。

电路举例1


L1,E1,C1共同组成了LC滤波电路。 电感主要作用是扼制电流的跳变起到稳流的作用,退耦电容的主要用于抑制由于引起的电压的跳变,起到稳压的作用。
从频谱角度看,构成了一个低通滤波器,有效隔离了两个平面之间的中高频噪声。

传递函数为:H1=1/LC                         H2=S^2+S/RC+1/LC                         H=H1/H2 如下图:
波特图用matlab绘制见:http://hi.baidu.com/qinshaoq/item/416eb6eb36041c2e5a2d649a 一般的电源滤波选用1000UF左右和4.7UF并联。 选用1000UF的原因为: 首先我们确定纹波电流,假设纹波电流为输出电流的20%~30%(开关电源常用此参数),得出 纹波电流 I= 1A*0.2 =200MA 纹波电压,一般为输出电压的0.3%-0.5%左右(1%以内),得出 纹波电压 V= 7.5V*(0.3%-0.5%) =22.5-37.5mV 电容阻抗:ESR=V/I=0.1125-0.1875 再根据电容ESR值查询电容大小(开关电源一般工作在几十K到几百K频率内)。 4.7UF用于滤除更高频率的噪声。 不同材质电容随频率变化的ESR曲线。 图中方框(顺序为光左右、后上下)列出了所测电容的品种和规格,200/6表示200μF/6V,以此类推。 第1、2、4种为不同的钽电解电容,其中第1种为聚合物固态钽电解电容。第2种为较常见的二氧化锰固态钽电解电容,第4种为多层结构的二氧化锰固态钽电解电容。第3种为二氧化锰固态铌电解电容。第5种为MLCC即多层陶瓷电容,两只100μF/4V并联。第6种为低ESR铝电解电容     一般来说ESR与电容值成反比。

电路举例2

电感主要作用是扼制电流的跳变起到稳流的作用,退耦电容的主要用于抑制由于引起的电压的跳变,起到稳压的作用。 如下图:
    该电路的工作原理就是当SSO同时开启后,产生电流 I 的瞬时,需求首先由 C1 放电维持电压缓慢变化,同时通过电感 L 对电容进行充电,通过这样反复的充放电过程,维持芯片输入端电压在芯片正常工作电压的误差范围之内 。
从频谱角度看 构成了一个低通滤波器 有效隔离了两个平面之间的中高频噪声。 SSO可以等效成一个瞬时开关的电流源,为了表征最坏的情况即所有的 在同一瞬间一起打开,此时的电流需求就等于芯片在该电压下的最大工作电流。





电源保护





有源滤波器与无源滤波器

如 LC无源滤波器

附加


ESR举例

网址:http://www.sancon.com.cn/productshow.php?Id=319