谈LED开关电源、工控设备电源、3D打印机电源等电源输出滤波器设计进程(一)
LED开关电源、工控设备电源、3D打印机电源等开关电源简直用于全部电子设备中。它们因为标准小、本钱低和效率高而具有极高的价值。但是,它们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仿照电路中。
本文电路将选用升压转换器,但效果能够直接运用于恣意DC-DC转换器。升压转换器的根柢电压和电流波形。
输出滤波器对升压拓扑或其它任何带有断续电流方法的拓扑之所以重要,是因为它在开关B内电流具有快速上升和下降时刻。这会导致鼓动开关、布局和输出电容中的寄生电感。其效果是,在实践运用中,输出波形看上去更像,哪怕布局布线超卓而且运用陶瓷输出电容。
LED开关电源、工控设备电源、3D打印机电源的DCM中升压转换器的典型丈量波形
因为电容电荷的改动而导致的开关纹波(开关频率)比较输出开关的无阻尼振铃而言十分小,下文称为输出噪声。一般来说,此输出噪声规划为10 MHz至100 MHz以上,远超出大部分陶瓷输出电容的自谐振频率。因而,添加额外的电容对噪声衰减的效果不大。
还有许多各类滤波器合适对此输出滤波。本文将说明每一种滤波器,并给出规划的每一个进程。文中的公式并不慎重,且做了一些合理的假定,以便必定程度上简化这些公式。依然需求进行一些迭代,因为每一个元件都会影响其它元件的数值。ADIsimPower规划东西运用元件值(比方本钱或标准)的线性化公式在实践选择元件前进行优化,然后从不可胜数器件的数据库中选出实践元件后对其输出进行优化,然后避免了这个问题。但在刚开始进行规划时,这种程度的复杂性是没有必要的。通过供给的核算公式,运用SIMPLIS仿真器——比方免费的ADIsimPE?——或许在实验室作业台上花费一些时刻,就能以少的精力得到满意的规划。
开始规划LED开关电源、工控设备电源、3D打印机电源的滤波器前,考虑一下单级滤波器RC或LC滤波器能够做什么。一般选用二级滤波器能够正外地将纹波抑制到几百μV p-p规划内,并将开关噪声抑制在1 mV p-p 以下。降压转换器噪声较低,因为电源电感供给了很好的滤波才调。这些绑缚是因为,一旦纹波下降至μV等级,元件寄生和滤波器级之间的噪声耦合便开始成为绑缚要素。假定运用噪声更低的电源,则需添加三级滤波器。但是,开关电源的基准电压源一般不是噪声低的元件,而且常常遭到颤抖噪声的影响。这些都导致了低频噪声(1 Hz至100 kHz),一般不易滤除。因而,关于极低噪声电源而言,运用单个二级滤波器然后在输出端添加一个LDO或许更合适。
在更详细地介绍LED开关电源、工控设备电源、3D打印机电源的各类滤波器的规划进程前,部分在规划进程中运用的各类滤波器的数值界说如下:
进入输出滤波器的峰峰值电流近似值。为便当核算,假定是正弦信号。数值取决于拓扑。关于降压转换器而言,它是电感中的峰峰值电流。关于升压转换器而言,它是开关B(一般是一个二极管)中的峰值电流。
转换器开关频率处的输出电压纹波近似值。所选输出电容的ESR。转换器开关频率。输出电容的核算中,假定全部流入其间。施加于输出时,的改动。输出负载的瞬时改动。转换器关于输出负载瞬时改动的近似照应时刻。
LED开关电源、工控设备电源、3D打印机电源的转换器的交越频率。关于降压转换器而言,其值一般为关于升压或降压/升压转换器而言,它一般坐落右半平面零点(RHPZ)约1/3方位处。
LED开关电源、工控设备电源、3D打印机电源的简略的滤波器类型为RC滤波器,依据低电流ADP161x升压规划的输出端所联接的那样。该滤波器具有低本钱优势,无需阻尼。但是,因为功耗的原因,它仅对极低输出电流转换器有用。本文假定陶瓷电容具有较低ESR。在输出端添加RC滤波器的ADP161x低输出电流升压转换器规划
LED开关电源、工控设备电源、3D打印机电源的RC二级输出滤波器规划进程
第1步:依据以下条件选择:假定的输出纹波近似值能够疏忽其他滤波器;5 mV p-p至20 mV p-p就是一个很好的选择。随后可通过公式1核算得出。
第2步:R能够依据功耗选择。R有必要远大于电容和这个滤波器才调起效果。这将输出电流的规划绑缚在50 mA以下。
第3步:随后可通过公式2至公式6核算得出。A、a、b和c是简化核算的中心值,没有实践意义。这些公式假定且每个电容的ESR较小。这些都是很好的假定,引进的过错很小。应等于或大于。可调度第1步中的纹波,使其成为或许。