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DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入線有噪聲?交給3端子濾波器來解決!

發(fā)布時間:2023-05-29 來源:TDK 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】本期推文針對DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入側(cè)產(chǎn)生的噪聲,介紹了使用3端子濾波器 (電源線用貫通濾波器) 的噪聲對策實(shí)例。3端子濾波器具有低ESL特性,在噪聲對策中可發(fā)揮優(yōu)異的噪聲抑制效果。


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近年來隨著開關(guān)頻率的高頻化發(fā)展,DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)速度日益高速化,基板和IC內(nèi)部的布線所具有的電感和寄生電容由于輸入電流的急劇變化會產(chǎn)生共振,從而產(chǎn)生高頻噪聲。這種高頻噪聲會傳導(dǎo)至外部電路,導(dǎo)致裝置異常動作。


本期推文針對DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入側(cè)產(chǎn)生的噪聲,介紹了使用3端子濾波器 (電源線用貫通濾波器) 的噪聲對策實(shí)例。3端子濾波器具有低ESL特性,在噪聲對策中可發(fā)揮優(yōu)異的噪聲抑制效果。


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DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入線由于開關(guān)時由基本頻率構(gòu)成的N次諧波和開關(guān)噪聲引起的輸入電壓變動而產(chǎn)生較大的噪聲,此噪聲有共模和正常 (差分) 模式兩種,需要根據(jù)噪聲模式選擇適當(dāng)?shù)牟考?/p>


如圖1所示,在正常模式噪聲對策中,作為設(shè)計初期階段最好采用可配置由電容器和電感器組成的C+L+C的π型濾波器的模式配置。此外,在共模噪聲對策中,共模濾波器 (CMF) 很有效。


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圖1:濾波器配置示例


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傳導(dǎo)噪聲有正常 (差分) 模式噪聲和共模噪聲兩種,正常模式噪聲發(fā)生在電路線之間并逆相流動,共模噪聲發(fā)生在電路線和GND之間并同相流動。采取噪聲對策時,需要確認(rèn)是在哪個模式下發(fā)生的,并使用適當(dāng)?shù)膶Σ卟考a槍φDJ皆肼暿褂秒姼衅骱碗娙萜?,共模噪聲則使用共模濾波器。


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圖2:傳導(dǎo)噪聲的傳導(dǎo)方式:正常模式


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圖3:傳導(dǎo)噪聲的傳導(dǎo)方式:共模 


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DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率變得高頻化時,F(xiàn)M頻帶的噪聲電平會隨之變大。通常,π型濾波器的電容器使用2端子電容器,但通過搭載具有低ESL特性的3端子貫通濾波器,可以進(jìn)一步抑制噪聲。本次則關(guān)于以下評估內(nèi)容,對3種配置的π型濾波器進(jìn)行比較驗(yàn)證:


● 對于傳導(dǎo)噪聲電壓法,分為正常模式和共模,對濾波效果進(jìn)行比較驗(yàn)證。

● 對于傳導(dǎo)噪聲電壓法,3種配置均作為共模對策,在搭載了本公司共模濾波器的狀態(tài)下進(jìn)行測定。


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*通過模擬器進(jìn)行傳輸特性 (S21) 分析


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圖4:π型濾波器的傳遞特性 (S21)


■ 測量位置:3m消聲室


■ 頻率:150kHz-108MHz


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圖5:傳導(dǎo)噪聲電壓法


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從各濾波器配置的噪聲抑制效果驗(yàn)證結(jié)果來看,可知3端子濾波器 (貫通濾波器) 在高頻區(qū)域的衰減效果很強(qiáng)。


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圖6:評估結(jié)果1) 包含π型濾波器的輸入線的傳遞特性 (S21)


一般情況下,噪聲等級在正常模式下高于共模。在正常模式對策中,搭載了3端子貫通濾波器的π型濾波器對于包含F(xiàn)M頻帶在內(nèi)的廣泛頻帶的噪聲抑制非常有效。


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DC-DC轉(zhuǎn)換器由于開關(guān)高速化,通常會在輸入線上產(chǎn)生較大的高頻噪聲,因此很有必要采取高頻噪聲對策,特別是包含F(xiàn)M頻帶在內(nèi)的對策。這種情況下,在采取噪聲對策時,區(qū)分正常模式和共模是很重要的,需要根據(jù)噪聲模式選擇適當(dāng)?shù)牟考R话銇碚f,DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入線產(chǎn)生的噪聲在正常模式下會高于共模,因此,我們建議配置在正常模式下比較有效的π型濾波器。此外,π型濾波器中使用的電容器采用了3端子貫通濾波器,還將進(jìn)一步提高對高頻噪聲的抑制效果。



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