第三個(gè)噪聲分量與發(fā)生在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間的高頻振鈴相關(guān),POL以不連續(xù)脈沖電流的形式從輸入源中吸取功率過程中,它的開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生了這類噪聲。這個(gè)分量的頻率等同于POL的開關(guān)頻率,它具有數(shù)個(gè)可擴(kuò)展到MHz頻率范圍的諧波。
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另一個(gè)在DC總線上的高頻噪聲源是IBC。反射的紋波和來自源轉(zhuǎn)換器的噪聲通常比POL模塊引起的紋波和噪聲小很多,這是由于典型IBC在輸出上具有LC濾波器,可以顯著減小紋波和噪聲。
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因而,在輸入總線上生成的大多數(shù)紋波和噪聲的主要原因在于POL調(diào)節(jié)器,請(qǐng)留意所有愛立信POL調(diào)節(jié)器在模塊上都放置了陶瓷濾波電容器,可顯著減小紋波和噪聲。然而,通過在POL模塊的輸入總線上放置附加的電容器,可以進(jìn)一步降低這些紋波和噪聲。
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基礎(chǔ)開關(guān)頻率輸入紋波
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對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器,在開關(guān)周期的導(dǎo)通部分,將輸出電感連接至輸入,在關(guān)斷期間則斷開。對(duì)于輸入端的恒定DC電壓,在QH導(dǎo)通期間的輸入電容器電荷數(shù)必需等于QH關(guān)斷期間的電容器電荷數(shù),且兩者極性相反。圖1所示為輸入電容器波形,公式3則詳細(xì)說明降低紋波電壓幅度至可接受水平所需的陶瓷電容容量。紋波幅度隨著輸入電壓而變化,在50%占空比下為最大值。下面是公式3:
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其中:Ci,min是最小所需陶瓷輸入電容;?Vi,pp 是最大允許峰-峰輸入紋波電壓;fsw是開關(guān)頻率,而D是上述定義的占空比。
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輸入電壓紋波來源于等效串聯(lián)電阻ESR,可以按照如下公式4估算:
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其中:?Vi,ESR是輸入電容器ESR引起的輸入電壓紋波,ESRi 是輸入電容器的ESR,?Ipp 是最大輸出電流紋波。
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根據(jù)這些公式,為了降低輸入紋波,可以增加電容或減小輸入電容器的ESR。陶瓷電容器通常具有很低的ESR,并且對(duì)于輸入電壓紋波幾乎沒有影響。
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輸入濾波電容器承載電流的AC組成部分,大多數(shù)紋波電流都會(huì)流經(jīng)已經(jīng)放置在模塊中的陶瓷電容器,然而,AC紋波電流的一部分也來自于輸入總線,而輸入總線大多數(shù)是由外部輸入電容器提供的。因而,注意RMS額定電流不要超出所選擇的外部電容器。
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總體RMS電流ICi,RMS分布在外部和內(nèi)部輸入電容器之間,計(jì)算如下公式5:
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請(qǐng)留意RMS電流可以通過愛立信電源設(shè)計(jì)人員(EPD)工具中的同步/相位展開功能來計(jì)算。
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輸出瞬變帶來的低頻率噪聲
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當(dāng)設(shè)計(jì)使用共享的大容量輸入電容器組,并且包括單一或多個(gè)POL模塊的系統(tǒng)時(shí),第一步是計(jì)算輸入瞬態(tài)電流的幅度,這是通過計(jì)算每個(gè)POL模塊的輸出瞬變的反射輸入瞬變電流得到的。在計(jì)算每個(gè)模塊的個(gè)別輸入瞬變之后,將它們相加以得到總體瞬變電流。在計(jì)算時(shí),必需確定所有模塊的最差情形瞬變組合,并且相應(yīng)地處理。通過以下公式6計(jì)算輸入電流瞬變幅度?Ii:
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此處:?Ii是輸入瞬變電流,?Io 是輸出瞬變電流。
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接下來,確定在輸入電容器上的最大允許電壓偏差?Vtr。
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這是步驟一計(jì)算的峰值瞬變期間的最大允許下降,下述公式7計(jì)算最小所需輸入電容Ci,tr,min。
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此處:Lftotal 是串行濾波器電感加上雜散電感,如果沒有使用濾波器電感電感濾波器,便必需把雜散電感 Lsrc,計(jì)算在內(nèi)。
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請(qǐng)留意這個(gè)公式是計(jì)算近似值,它生成的數(shù)值應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是絕對(duì)最小值。選擇電容器數(shù)值以滿足所需總體電容時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮溫度和DC偏壓和紋波電流降額等其它因素的影響,這些因素可能會(huì)降低實(shí)際的數(shù)值。
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高頻噪聲
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DC-DC轉(zhuǎn)換器中的高頻輸入噪聲是在高頻振鈴過程中產(chǎn)生,或者與轉(zhuǎn)換器功率級(jí)的寄生元件有關(guān)。存儲(chǔ)在寄生元件中的能量在開關(guān)轉(zhuǎn)換期間振蕩或振鈴,這類噪聲通常為數(shù)百M(fèi)Hz。
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評(píng)論
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