Seberapa pentingkah frekuensi resonansi-mandiri untuk induktor ketika digunakan dalam SMPS cepat (~ 3MHz)?


16

Saya menggunakan LM2734Z, regulator uang 3 MHz. Ini sangat cepat yang berarti memiliki induktor kecil.

Salah satu hal yang saya bertanya-tanya adalah seberapa pentingkah frekuensi resonansi diri dari induktor? Saya menggunakannya untuk langkah 4.8V ke 20V ke 3.3V ± 5%.

Saya menemukan induktor 3,3H 2A (seperti yang direkomendasikan oleh datasheet untuk 3.3V @ 1A, saya memberi peringkat output ke maksimum 400mA) "SDR0604-3R3ML." Frekuensi resonansi-sendiri adalah 60 MHz, yang tampaknya jauh lebih baik dari 3 MHz, tetapi itu adalah beberapa dan saya bertanya-tanya apakah harmonik masuk ke dalamnya?

Bahkan jika kasus ini baik-baik saja, apakah ada aturan praktis untuk menghindari frekuensi resonansi tertentu (yaitu jika mereka cocok?)

Jawaban:


22

Saya tidak akan khawatir tentang itu karena 2 alasan.

Pertama itu adalah beberapa tetapi, 60Mhz adalah harmonik bahkan dari 3Mhz. Output dari regulator seharusnya pada dasarnya adalah gelombang persegi dan gelombang persegi memiliki konten pada harmonik fundamental dan hanya aneh. Jadi 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63. Tentu saja gelombang yang tidak sempurna akan memiliki beberapa konten yang harmonis tetapi harus berada jauh di bawah harmonik yang aneh, jika itu bagus gelombang persegi, itu akan berada di lantai kebisingan. Jika pertanyaan mengatur ruang lingkup Anda untuk melakukan FFT pada output regulator dan lihat seperti apa outputnya di 60Mhz.

Kedua, seperti yang ditunjukkan daftar di atas, Anda berada pada harmonik yang sangat tinggi pada 60mhz. Pasokan switching harus menghasilkan gelombang persegi dengan waktu naik / turun yang sangat cepat untuk memiliki banyak jika ada konten yang setinggi itu. Biasanya hanya 3-6 harmonik aneh pertama yang perlu Anda khawatirkan dengan gelombang persegi, tergantung pada waktu naik / turun. Itu akan berhasil dengan aturan praktis bahwa selama SRF adalah 5-10 kali kecepatan switching Anda, Anda harus baik-baik saja.

EDIT: Memutuskan untuk memodelkan beberapa derajat ...

Tes Sirkuit, saya menggunakan parameter dari induktor yang Anda tautkan untuk induktansi, kapasitansi liar, ESR dan hambatan shunt. Perubahan resistensi shunt berdasarkan frekuensi dan didefinisikan dalam Persamaan. Saya memodelkan tutup keramik 10uF generik untuk tutup filter keluaran termasuk ESR dan ESL dan secara acak memilih 1 k untuk beban. Melakukan sapuan AC dengan sumber 1V dari 0 hingga 250Mhz kemudian ke 1Ghz untuk mengintip respons frekuensi. Resistansi keluaran dari switcher adalah bidikan dalam gelap tetapi mungkin benar. teks alternatif

Di sini kita melakukan sapuan tanpa tutup filter keluaran terpasang untuk melihat SRF dari model induktor, seperti yang diharapkan pada 60Mhz. teks alternatif

Di sini kita menyapu dengan topi di tempatnya: teks alternatif

Yang ini sebenarnya menarik. Apa yang terjadi adalah bahwa meskipun induktor kehilangan sifat penyaringan di SRF masih ada filter RC yang dibentuk oleh Rout, hambatan induktor dan output cap. Filter ini mampu memblokir frekuensi tinggi agak, itulah sebabnya kami tidak melihat perubahan yang tajam yang kami lihat dengan induktor saja. Namun pada frekuensi ini ESL dari tutup benar-benar mulai ikut bermain sehingga kami melihat peningkatan tingkat output dengan meningkatnya frekuensi.

Akhirnya mari kita lihat bagaimana peningkatannya: teks alternatif

Pada 1 ghz induktor benar-benar didominasi oleh kapasitansi liar dan tutup filter di dominasi oleh ESL, pada 10Ghz (tidak ditampilkan) langsung naik.

Tentu saja ada banyak induktansi menyimpang, kapasitansi dan variasi (terutama pada frekuensi sangat tinggi) tidak termasuk dalam model sederhana ini, tetapi mungkin itu akan membantu sebagai representasi bergambar dari apa yang terjadi.

Hal paling menarik yang keluar dari hal ini bagi saya adalah bahwa SRF bukan dinding bata. Filter RC yang melekat dapat mengurangi beberapa efek dari memukul SRF.

EDIT2: Satu lagi edit, sebagian besar karena saya menggunakan ini sebagai kesempatan untuk bermain dengan sim sirkuit Qucs untuk pertama kalinya. Program keren.

Ini menunjukkan 2 hal. Pertama-tama menampilkan respons frekuensi dari sirkuit yang besarnya (dalam dB, Biru) dan fase (merah) ini menunjukkan lebih jelas di mana kapasitansi / induktansi parasit komponen mengambil alih. Ini juga menunjukkan sapuan sekunder ESL dari kapasitor keluaran yang menunjukkan betapa pentingnya meminimalkan hal ini melalui pemilihan komponen dan tata letak PCB. Ini menyapu dari 1nH ke 101nH dalam langkah 10nH. Anda dapat melihat apakah total induktansi pada PCB menjadi sangat tinggi Anda kehilangan hampir semua kemampuan penyaringan Anda. Ini akan menghasilkan masalah EMI dan / atau masalah kebisingan. teks alternatif


Oke, jadi apakah aturannya adalah untuk menghindari frekuensi resonansi dalam 3-6 harmonik aneh (jadi frekuensi 6-12x?) Bagaimana dengan frekuensi resonansi di bawah frekuensi operasional? Apa yang terjadi pada frekuensi resonansi? Terima kasih.
Thomas O

Saya biasanya menggunakan 5-10 karena saya memasukkan fundamental sebagai salah satu dari yang pertama. 3. Dalam contoh di atas gelombang persegi yang sempurna akan memiliki 1/29 (harmonik ke-29) atau 3,45% dari besarnya pada 63Mhz yang dimiliki pada dasarnya, 3Mhz. Itu untuk gelombang persegi yang sempurna, dengan waktu naik / turun 0. Pada kenyataannya harmonik ini mungkin jauh lebih kecil karena laju perubahan tegangan tidak dapat bergerak secepat itu, tidak dapat menghasilkan konten pada frekuensi yang setinggi itu.
Tandai

Adapun SRF kurang dari frekuensi switching Anda. Ketika Anda melewati SRF impedansi induktor turun kembali ke apa yang Anda harapkan besarnya tetapi mengambil pergeseran fasa negatif. Kerjanya agak seperti kapasitor yang melewati DC. Mode operasi yang aneh dan saya pikir itu mungkin akan mengacaukan respon filter meskipun saya belum pernah benar-benar menghitung matematika itu.
Tandai

Terima kasih atas suntingan Anda menjelaskan ini. Sangat dihargai.
Thomas O

Konverter buck nyata memiliki kapasitansi ekstra di MOSFET sisi tinggi dan dioda freewheel. Jika Anda memiliki daerah die besar Rds rendah pada MOSFET dan Schottky diode dan induktansi rendah, maka kapasitansi tambahan jauh lebih besar daripada kapasitansi yang melekat dari koil. Dengan kata lain frekuensi resonansi di sirkuit Anda akan jauh lebih rendah dari 60 MHz. Jika Anda menjalankan buck di DCM, Anda akan melihat ini dalam bentuk osilasi teredam. Anda dapat menggunakan ini untuk mendapatkan keuntungan dengan saklar lembah yang diterima atau S yang lebih baru. TRAP switching rezim. Resonansi diri ini tidak harus menjadi hal yang buruk.
Autistik
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.