Come risolvere il rumore della commutazione dell'alimentazione
Spegnimento, dimensioni ridotte, basso costo e alta efficienza ne fanno un ottimo rapporto qualità-prezzo.
Tuttavia, il suo più grande svantaggio è l'elevato rumore di uscita dovuto agli elevati transitori di commutazione. È questa lacuna che impedisce loro di essere utilizzati in circuiti analogici ad alte prestazioni alimentati principalmente da regolatori lineari.
Tuttavia, è stato dimostrato che in molte applicazioni un convertitore switching opportunamente filtrato può sostituire un regolatore lineare per generare un'alimentazione a basso rumore.
Pertanto, è necessario progettare un filtro multistadio ottimizzato e smorzato per eliminare il rumore di uscita del convertitore di potenza di commutazione.
Il circuito di esempio in questo articolo utilizzerà un convertitore boost, ma i risultati possono essere applicati direttamente a qualsiasi convertitore DC-DC. La Figura 1 mostra le forme d'onda di base di un convertitore boost in modalità a corrente costante (CCM).
Figura 1. Forme d'onda di base della tensione e della corrente di un convertitore boost
Il filtro di uscita è importante per una topologia boost o qualsiasi altra topologia con modalità di corrente discontinua, a causa dei rapidi tempi di salita e discesa della corrente nell'interruttore B. Ciò si traduce in un'induttanza parassita negli interruttori di eccitazione, nel layout e nei condensatori di uscita. Il risultato è che nell'uso effettivo, la forma d'onda di uscita assomiglia più alla Figura 2 che alla Figura 1, anche con un buon layout e condensatori di uscita in ceramica.
2. Tipiche forme d'onda misurate di un convertitore boost in DCM
L'ondulazione di commutazione (frequenza di commutazione) dovuta ai cambiamenti nella carica del condensatore è molto piccola rispetto al suono non smorzato dell'interruttore di uscita, di seguito indicato come rumore di uscita. In genere, questo rumore di uscita varia da 10 MHz a oltre 100 MHz, ben oltre la frequenza di autorisonanza della maggior parte dei condensatori di uscita ceramici. Pertanto, l'aggiunta di capacità extra non fa molto per l'attenuazione del rumore.
Esistono anche molti tipi di filtri adatti a filtrare questa uscita. Spiegheremo ogni filtro e forniremo un design passo dopo passo.
Le formule in questo documento non sono rigorose e vengono fatte alcune ipotesi ragionevoli per semplificare in una certa misura queste formule. Sono ancora necessarie alcune iterazioni, poiché ogni componente influenza i valori degli altri componenti.
Lo strumento di progettazione ADIsimPower evita questo problema utilizzando una formula di linearizzazione per i valori dei componenti (come costo o dimensioni) da ottimizzare prima di selezionare effettivamente i componenti e quindi ottimizzare l'output dopo aver selezionato i componenti effettivi da un database di migliaia di dispositivi. Ma questo livello di complessità non è necessario quando si inizia con un progetto. Utilizzando i calcoli forniti, utilizzando un simulatore SIMPLIS, come ADIsimPE™ gratuito, o trascorrendo un po' di tempo al banco di laboratorio, è possibile ottenere un progetto soddisfacente con il minimo sforzo.
