开关稳压器振铃

电器工程 直流-直流转换器 铃声
2022-01-30 00:01:55

我使用LTC3810开发了一个 48v -> 6v DCDC 开关稳压器。它工作得很好,除了每个开关的输出上都有一些振铃。您可以在图片上看到“范围跟踪”。该测量是在 3.3v 稳压器的输入帽上进行的,距离电线约 30 厘米。我每 4us (250kHz) 得到一个。幅度看起来约为 200mv pp。振铃非常严重,足以直接通过下一个调节器(另一个 DCDC 6v -> 3.3v),并导致我的 EtherCAT 传输出现问题。

最好的办法是什么?我应该尝试在输出的某处添加一个小电感或电阻吗?我已经有一个相当大的输出上限(5600uF)。

添加:

我尝试按照建议添加铁氧体磁珠、电感器和电容,但它们没有帮助。我现在正在尝试更大的主电感。

LTC3810 电路上的开关振铃。 LTC3810 电路 渲染底部 渲染顶部 在此处输入图像描述 电源层

3个回答

首先,很多振铃可能实际上并不存在。非常高的频率分量使示波器将共模反弹显示为差模信号。

其次,所有开关电源的输出都会有开关噪声。其中一些将包含高频。线性稳压器可能具有令人印象深刻的输入抑制规格,但这是通过带宽有限的有源电子设备完成的。新的输入抑制仅对低频有效,例如几十 kHz。这就是为什么当输入电压来自开关时,在线性稳压器之前使用带有铁氧体磁珠(片式电感器)的标准做法。片式电感器和稳压器输入电容需要物理上接近,环路保持较小,并且在布局中仔细考虑环路电流。您不希望那些高频环路电流在主接地层上运行。

添加:

我没有注意到第二个电源也是切换器,但这并没有真正改变任何东西。来自第一个开关脉冲边缘的高频显然使其通过第二个电源,无论是否线性。尝试将芯片电感后接电容直接连接到第二个电源的地,而不是一般地。这当然需要一个陶瓷帽,尽可能大的电压。具有更好高频响应的第二个较小的电容也可能有所帮助。

关于共模地反弹。接地不再是高频下的单个集总节点,因此也不再具有相同的电位。有时,整个接地和电源部分一起可能会遇到共模反弹。但是,我指的是示波器中的这种共模反弹。高频共模信号可以表现为差模信号。戴夫,这是你类似问题中的很多问题,也可能是这里答案的一部分。请记住,当您将示波器探头直接连接到输出端时,情况看起来好多了,而且没有其他地方。然而,在这种情况下,下游电路出现故障,因此足够多的噪声是真实存在的,足以成为问题。

我无法从布局中轻易分辨出实际路由的位置。切换器的重要事项之一是包含大而高频的环路电流。确保它们不会穿过主接地层。每个切换器都应该有自己的接地网,并且该接地网应该只在一个地方连接到主接地。这使本地电流保持在本地,因为只有网络输入或输出电流可以流过单个连接点。

由于 PCB 布局对 SMPS 的性能有很大影响,因此很高兴看到您的 PCB 布局和更宽范围的信号拍摄(我的意思是水平轴的增加)。

查看切换节点的示波器镜头可能会有所帮助。我认为这是您标记为“CENTRE”的节点。你也可以探测接地节点吗?

由于恰好是这篇文章中的问题,您可以检查您的“循环补偿”部分。

正如您在这篇文章中所见,共模噪声和充当天线的地线在确定开关模式电源范围时很重要。将示波器探头的地线取出并连接一根短线。你可以检查这个帖子的答案

编辑

对于 250kHz,您选择的电感器的电感很小。您将有大约 50% 的电感纹波电流。选择一个大于 13uH 的电感。

看它的电流额定值,你的电感器是过大的。20A Irms 额定 @ 20 摄氏度温升是巨大的。我不知道您的最大和最小输入电压,但您只需要一个至少 4A Irms 和 4.8A Isat 的电感器。你可能想比那个高一点,但 20A 太多了。

我通过猜测您的电感器是 SER2918H-103KL、SER2915H-103KL 或 SER2915L-103KL 之一来告诉您这些。

我可以向您推荐这些电感器:DO5010H-153MLDO5022P-153MSS1278-153或类似的东西。

是两个开关边缘的瞬变还是只有一个。如果有,是哪一个。

预计会在开关边沿出现瞬态。
管理它们是问题所在。
我猜想非常仔细地检查布局并查看何时需要什么流向,但也可以在下面看到。

请注意数据表第 13 和 20 页,它们提供了将 BGRTN(底部 FET 栅极接地回路)返回到小的负电压的选项,以最大限度地提高击穿裕量。他们提供了这个有趣的功能这一事实表明,有时可能需要它,因为这不是你会轻易做的事情。这在完成的设计中应该是必需的,但是通过使用 -2Von BGRTN 现在您可以查看它是否具有重大影响。(抬起 IC 焊盘并施加 -2V 信号。在引脚上添加小电容(~0.1 uF?)到最近的地。如果它有重大影响,则表明输出 FET 中可能存在击穿问题,这可能会导致瞬变,如图所示.

LC 滤波器必须提供帮助。如 Olin 所说,单独使用铁氧体磁珠,或者电感器(磁珠或小 L)加上一个或多个帽。如果是一个盖帽,则放在 L 之后,如果是 2 个,则放在另一侧。. 电容在第二个稳压器接地点接地。过分热情的人可以设计滤波器 L & C 以提供看起来不错的阻抗,但我希望任何谐振频率远低于瞬态频率(或远低于 smps 频率)的 LC 都可能产生很大的影响区别。

如前所述,示波器接地有很大的不同。已故的 LT 的 Jim Williams 在一些应用笔记中对此有一些好话要说,但还有很多其他内容。从尖端附近的探头到最近的信号地的零长度接地,没有拾取回路“足够好”。
在完全低俗的LT AN47 - 1991 中对此进行了很多说明,但仍然值得。

很少有人会相信这是正确的方法:-)。
它是!

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