So beheben Sie das Rauschen des Schaltnetzteils
Stromausfall, geringe Größe, niedrige Kosten und hohe Effizienz machen es zu einem großartigen Preis-Leistungs-Verhältnis.
Der größte Nachteil ist jedoch das hohe Ausgangsrauschen aufgrund hoher Schalttransienten. Dieser Mangel verhindert den Einsatz in analogen Hochleistungsschaltkreisen, die hauptsächlich von Linearreglern gespeist werden.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass in vielen Anwendungen ein richtig gefilterter Schaltwandler einen Linearregler ersetzen kann, um eine rauscharme Stromversorgung zu erzeugen.
Daher ist es notwendig, einen optimierten und gedämpften mehrstufigen Filter zu entwerfen, um das Ausgangsrauschen des Schaltleistungswandlers zu eliminieren.
Die Beispielschaltung in diesem Artikel verwendet einen Aufwärtswandler, die Ergebnisse können jedoch direkt auf jeden DC-DC-Wandler angewendet werden. Abbildung 1 zeigt die grundlegenden Wellenformen eines Aufwärtswandlers im Konstantstrommodus (CCM).
Abbildung 1. Grundlegende Spannungs- und Stromwellenformen eines Aufwärtswandlers
Der Ausgangsfilter ist für eine Boost-Topologie oder jede andere Topologie mit diskontinuierlichem Strommodus aufgrund der schnellen Anstiegs- und Abfallzeiten des Stroms in Schalter B wichtig. Dies führt zu parasitärer Induktivität in den Erregerschaltern, im Layout und in den Ausgangskondensatoren. Das Ergebnis ist, dass die Ausgangswellenform im tatsächlichen Gebrauch eher wie Abbildung 2 als wie Abbildung 1 aussieht, selbst bei gutem Layout und keramischen Ausgangskondensatoren.
2. Typische gemessene Wellenformen eines Aufwärtswandlers in DCM
Die Schaltwelligkeit (Schaltfrequenz) aufgrund von Kondensatorladungsänderungen ist im Vergleich zum ungedämpften Nachschwingen des Ausgangsschalters, im Folgenden als Ausgangsrauschen bezeichnet, sehr gering. Typischerweise liegt dieses Ausgangsrauschen zwischen 10 MHz und über 100 MHz und liegt damit deutlich über der Eigenresonanzfrequenz der meisten Keramik-Ausgangskondensatoren. Daher trägt das Hinzufügen zusätzlicher Kapazität nicht viel zur Geräuschdämpfung bei.
Es gibt auch viele Arten von Filtern, die zum Filtern dieser Ausgabe geeignet sind. Wir erklären jeden Filter und geben Schritt für Schritt einen Entwurf.
Die Formeln in diesem Dokument sind nicht streng und es werden einige vernünftige Annahmen getroffen, um diese Formeln bis zu einem gewissen Grad zu vereinfachen. Einige Iterationen sind noch erforderlich, da jede Komponente die Werte der anderen Komponenten beeinflusst.
Das ADIsimPower-Designtool vermeidet dieses Problem, indem es eine Linearisierungsformel für Komponentenwerte (z. B. Kosten oder Größe) verwendet, um diese vor der eigentlichen Auswahl der Komponenten zu optimieren und dann die Ausgabe zu optimieren, nachdem tatsächliche Komponenten aus einer Datenbank mit Tausenden von Geräten ausgewählt wurden. Diese Komplexität ist jedoch unnötig, wenn man mit einem Entwurf beginnt. Mithilfe der bereitgestellten Berechnungen, der Verwendung eines SIMPLIS-Simulators – wie dem kostenlosen ADIsimPE™ – oder einiger Zeit am Labortisch können Sie mit minimalem Aufwand zu einem zufriedenstellenden Design gelangen.
