鋁電解和鉭電容器具有高等效串聯(lián)電阻(ESR)值,因此,通常并不適合解耦POL模塊的噪聲和紋波。然而,它們能夠配合陶瓷電容器組合,用于抑制負(fù)載瞬變引起的較低頻率紋波等其它用途。 對(duì)于高頻衰減,必需選擇針對(duì)紋波電流能力并具有低ESL和低ESR的電容器。為了降低模塊輸入端的高頻電壓尖峰,在模塊的輸入端應(yīng)當(dāng)放置小封裝陶瓷電容器。
?
在處理高頻開關(guān)紋波和噪聲方面,布局也是很重要的。陶瓷電容器應(yīng)當(dāng)盡可能靠近POL調(diào)節(jié)器,如圖4所示,如果需要,在其后面應(yīng)接著低ESR聚合物和鋁電解電容器。
?
應(yīng)該通過使用較寬的跡線或形狀及并行板,最大限度地減小雜散電感。
?
由于RMS電流將由多個(gè)輸入電容器分享,建議挑選在開關(guān)頻率下,阻抗相比鉭電容和/或鋁電解電容器低很多的陶瓷電容器。這將確保大部分RMS紋波電流將會(huì)流經(jīng)陶瓷電容器,而不會(huì)通過具有高ESR的鉭電容器和/或鋁電解電容器。
?
請(qǐng)留意X5R多層陶瓷電容器(MLCC)具有高電容,但是電容會(huì)在50%以上的額定電壓下顯著減小。X7R電容器對(duì)比DC電壓和溫度的典型電容變化如圖5和圖6所示。可以看到,在-55 °C至 125 °C溫度范圍,X7R電容器僅僅變化±15%。然后,必需找到在寬溫度范圍保持穩(wěn)定性的應(yīng)用。因此,由于X7R具有良好的溫度和電壓系數(shù),因而是優(yōu)選的介電材料。由于碎裂問題,應(yīng)當(dāng)避免MLCC大于1210,還必需觀察電容器制造商的焊接和處理指令。
?
?
?
圖 4. 顯示輸入電容器的放置的BMR 463模塊布局示例
?
具有超低紋波和噪聲的輸入DC總線
?
根據(jù)應(yīng)用,有時(shí)設(shè)計(jì)人員會(huì)選擇在分布式總線和開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入之間插入一個(gè)電感器,以防止噪聲耦合進(jìn)入電路板上的其它電路。在這樣的情況下,使用一個(gè)具有小電感和小電容組合的濾波器,就是最節(jié)省成本和空間的最好解耦方法,參見圖7。濾波器電路中的電感器增加了輸入總線的源電阻,選擇電感器的數(shù)值時(shí),應(yīng)當(dāng)以滿足公式1為準(zhǔn)則。
?
?
?
圖5. X7R電容器對(duì)比DC電壓的典型電容變化
?
?
?
圖6. X7R電容器對(duì)比溫度的典型電容變化
?
?
?
圖7.結(jié)合電感器和電容器組合的濾波器的電路圖
?
相位展開
?
當(dāng)多個(gè)POL調(diào)節(jié)器共享一個(gè)DC輸入電源時(shí),最好是調(diào)節(jié)每個(gè)器件的時(shí)鐘相位偏移,使得各器件的上升邊緣并不一致。為了實(shí)現(xiàn)相位展開,所有轉(zhuǎn)換器都必需根據(jù)相同的開關(guān)時(shí)鐘進(jìn)行同步。
?
在相位展開電源中,并行調(diào)節(jié)器在特定的相位角度開關(guān)。這些角度均勻地分布,因而可最大限度地消除紋波電流,針對(duì)輸入電容器RMS電流ICi,RMS的通用公式近似這樣:
?
?
?
?
在上述公式(8)中:m=floor(ND),floor函數(shù)傳回低于或等于輸入數(shù)值ND的最大整數(shù),N是有效相位的數(shù)目。
?
?
?
?
圖8. 常規(guī)化RMS輸入紋波電流對(duì)比占空比
?
圖8顯示在負(fù)載電流上的正?;斎爰y波電流RMS數(shù)值對(duì)比具有不同有效相位數(shù)目的占空比。
?
從公式7和公式8看出,輸入紋波電流的消除與相位和占空比的數(shù)目相關(guān),增加更多相位通常可實(shí)現(xiàn)更大的紋波削減。電容器ESR使得大紋波電流將會(huì)在輸入電容器中引起很高的功耗,也會(huì)縮短電容器的使用壽命。除了減小輸入RMS電流,交錯(cuò)也會(huì)減小峰-峰電流。
?
輸入電容器的開關(guān)電流通常是高頻噪聲的主要來源,通過降低開關(guān)電流幅度可以降低電流轉(zhuǎn)換速率,同時(shí)可為高邊MOSFET提供AC電流,從而減小噪聲。輸入紋波的頻率也高于單相運(yùn)作的頻率。較高的頻率可以減小輸入濾波器的體積和成本。
?
公式8定義了通過相位展開將紋波電壓幅度降低至可接受水平所需的輸入電容。
?
在下面公式(9)中,ΔVi,pp 是輸入電容所貢獻(xiàn)的可接受輸入電壓紋波,這是濾除大部分脈沖電流的輸入電容。
?
評(píng)論