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DC/DC開關(guān)電源布局設(shè)計---噪聲的來源和降低

發(fā)布時間:2020-09-15 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】在設(shè)計電源過程中,最佳的工作頻率是一個重要的參數(shù)。對于低頻,往往對應(yīng)周圍器件的尺寸增大,從而成本也增加。工作頻率高,周圍器件尺寸減小,但是對應(yīng)的自身損耗也增加。如何 tradeoff?
 
在設(shè)計電源過程中,最佳的工作頻率是一個重要的參數(shù)。對于低頻,往往對應(yīng)周圍器件的尺寸增大,從而成本也增加。工作頻率高,周圍器件尺寸減小,但是對應(yīng)的自身損耗也增加。如何 tradeoff?
 
1. 頻率與周圍器件的關(guān)系
DC/DC開關(guān)電源布局設(shè)計---噪聲的來源和降低
 
 
在上圖中,可以看到當(dāng)頻率在 100Khz 時,電感占據(jù)主要地位,隨著頻率升高,電感的體積也是在減小的,感值也相應(yīng)的再減少。輸出端的電容值也是隨頻率升高而降低。輸入端的電容基本上保持不變。
 
2. 頻率與損耗關(guān)系
 
 DC/DC開關(guān)電源布局設(shè)計---噪聲的來源和降低
 
對于半導(dǎo)體器件,損耗包括兩部分,一部分是開關(guān)損耗,一部分是傳導(dǎo)損耗,開關(guān)損耗隨頻率的升高而升高,傳導(dǎo)損耗不受工作頻率的影響。當(dāng)開關(guān)損耗與傳導(dǎo)損耗相等時,總損耗最低。
 
通過以上兩個參數(shù),可以合理的設(shè)計電源工作頻率。
 
3. 電源布局設(shè)計 --- 噪聲的來源和降低
1)運放的輸入與輸出
 
在設(shè)計電源時,良好的布局可以降低電源噪聲,電源噪聲主要有三種:運算放大器的輸入與輸出,參考電壓和斜坡。如下圖所示:
 
 DC/DC開關(guān)電源布局設(shè)計---噪聲的來源和降低
 
運放輸入端可能是電源中最為敏感的點,若要減小噪聲,必須最小化節(jié)點長度,并盡可能將反饋和輸入組件靠近運放放置。如果反饋網(wǎng)絡(luò)中存在高頻積分內(nèi)容,最理想的布局是,將反饋電阻放置到靠近運放的輸入端,如果高頻信號注入電阻 - 電容節(jié)點,高頻信號就要承受電阻阻抗,而電容對于高頻的容抗很小。
 
2)斜坡
斜坡通常由電容器充放電引起(電壓模式),或者由電源開關(guān)的采樣電流(電流模式)。電壓模式影響不大,因為電容對高頻輸入的信號阻抗很小,但是電流模式卻是個問題。如下圖所示:
 
 DC/DC開關(guān)電源布局設(shè)計---噪聲的來源和降低
 
對于上圖中的第一個圖,可以采用 IC 控制上升沿消隱方法來去除,對于第二個圖,可以采用并聯(lián)多個電容的方法去除(主要是因為非充分斜率補償) 。
 
4. 電源噪聲的解決辦法
 
第三點已經(jīng)提及了幾種引起電壓噪聲的方法,那么在排查電源噪聲的時候,需要從三點入手。
 
1)觀察運放的輸出端是否有高頻變化,改變補償組件;
2)運放的參考電壓,可以選用可靠的電壓源,TL431 較常用;
3)通過改變 MOS 的柵極電阻也可以對開關(guān)波形有一定的作用。
 
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