在快速 (~3MHz) 降压 SMPS 中使用时,电感器的自谐振频率有多重要?

电器工程 降压 开关模式电源 电感器
2022-01-06 06:00:38

我正在使用 LM2734Z,一个 3 MHz 降压稳压器。它真的很快,这意味着它有一个小电感。

我想知道的一件事是电感器的自谐振频率有多重要?我用它来将 4.8V 降到 20V 降到 3.3V ±5%。

我找到了一个 3.3µH 2A 电感器(根据数据表推荐的 3.3V @ 1A,我将输出额定为最大 400mA)“SDR0604-3R3ML”。它的自谐振频率是 60 MHz,这似乎与 3 MHz 很清楚,但它是一个倍数,我想知道谐波是否进入它?

即使这种情况没问题,是否有避免某些共振频率的经验法则(即它们是否匹配?)

1个回答

我不会担心它有两个原因。

首先它是倍数,但 60Mhz 是 3Mhz 的偶次谐波。稳压器的输出应该基本上是方波,方波的基波只有奇次谐波。所以 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63。当然,不完美的波会有一些偶次谐波含量,但它应该远低于任何奇次谐波,如果它很好的话方波,它会在本底噪声中。如果有问题,请将示波器设置为对稳压器输出进行 FFT,并查看其输出在 60Mhz 时的样子。

其次,如上面的列表所示,您处于 60mhz 的非常高的谐波。开关电源必须输出一个具有非常快的上升/下降时间的方波,如果有的话,它的含量会很高。通常只有前 3-6 个奇次谐波是方波需要担心的,具体取决于上升/下降时间。这符合理论上的经验法则,只要 SRF 是开关速度的 5-10 倍,就可以了。

编辑:决定在某种程度上对此进行建模......

测试电路,我使用了您链接的电感器中的参数,用于电感、杂散电容、ESR 和分流电阻。分流电阻根据频率而变化,并在方程式中定义。我为输出滤波器电容建模了一个通用的 10uF 陶瓷电容,包括 ESR 和 ESL,并任意选择了 1k 作为负载。使用 1V 电源从 0 到 250Mhz 进行 AC 扫描,然后再到 1Ghz 以查看频率响应。切换器的输出电阻是在黑暗中拍摄的,但可能是正确的。 替代文字

在这里,我们在没有连接输出滤波器帽的情况下进行扫描,以查看电感模型的 SRF,正如预期的 60Mhz。 替代文字

在这里,我们用帽子扫过: 替代文字

这个其实很有趣。发生的情况是,即使电感器在 SRF 处失去其滤波特性,仍然存在由 Rout、电感器电阻和输出电容形成的 RC 滤波器。该滤波器能够在一定程度上阻止高频,这就是为什么我们看不到仅使用电感器时看到的急剧变化的原因。然而,在这些频率下,电容的 ESL 确实开始发挥作用,因此我们看到随着频率的增加,输出水平也在上升。

最后让我们看看它是如何增加的: 替代文字

在 1 GHz 时,电感器完全由杂散电容主导,而滤波器电容则由 ESL 主导,在 10 GHz 时(未显示),它立即趋于平稳。

当然,这个简单的模型中没有包含大量杂散电感、电容和变化(尤其是在非常高的频率下),但它可能有助于以图形表示正在发生的事情。

对我来说最有趣的事情是 SRF 不是一堵砖墙。固有的 RC 滤波器可以减轻一些击中 SRF 的影响。

EDIT2:再编辑一次,主要是因为我第一次利用这个机会玩 Qucs 电路模拟。很酷的程序。

这显示了两件事。首先它以幅度(dB,蓝色)和相位(红色)显示电路的频率响应,这更清楚地显示了组件的寄生电容/电感接管的位置。它还显示了输出电容器 ESL 的二次扫描,显示了通过组件选择和 PCB 布局将其最小化的重要性。它以 10nH 的步长从 1nH 扫描到 101nH。您可以查看 PCB 上的总电感是否变得非常高,您会失去几乎所有的滤波能力。这将导致 EMI 问题和/或噪声问题。 替代文字