Простой способ борьбы с помехами при разработке источника питания

20 августа

управление питаниемответственные примененияAnalog Devicesстатьяинтегральные микросхемысредства разработки и материалыDC-DCBuckLTspice

Фредерик Досталь (Analog Devices)

Специалисты Analog Devices рекомендуют при разработке источника питания всегда добавлять в схему входной конденсатор, что показано на примере схемы понижающего преобразователя на базе ADP2360. Рассчитать оптимальную схему поможет специальная среда моделирования LTspice® от ADI.

В работе источника питания реальные условия никогда не будут совпадать с идеальными. Чтобы построить надежную энергосистему, необходимо учитывать реальные факторы, в том числе паразитные помехи. Когда мы используем источники питания, мы гарантируем, что DC/DC-преобразователь, такой как импульсный стабилизатор, может выдерживать определенный диапазон входного напряжения и генерировать необходимое выходное напряжение с достаточным уровнем тока. Входное напряжение часто указывается в виде диапазона, потому что обычно не регулируется точно. Однако для надежной работы источника питания всегда должно быть входное напряжение в допустимом диапазоне, доступном для импульсного регулятора.

Например, стандартный диапазон входного напряжения для источника питания 12 В может находиться в диапазоне 8…16 В. На рисунке 1 показан понижающий преобразователь (Buck-топология), при котором мы получаем 3,3 В из номинального напряжения 12 В.

Рис. 1. Понижающий импульсный стабилизатор, показанный вместе с источником (постоянного) напряжения

Рис. 1. Понижающий импульсный стабилизатор, показанный вместе с источником (постоянного) напряжения

Однако при проектировании DC/DC-преобразователя недостаточно учитывать только минимальные и максимальные значения входного напряжения. На рисунке 1 показан понижающий преобразователь, имеющий ключ в верхнем плече. Скорость переключения ключа должна быть максимально высокой, чтобы проявлялись только минимальные коммутационные потери. Именно это и заставляет импульсный ток течь по цепи питания. Не каждый источник напряжения может без проблем передавать такие импульсные токи. Как результат преобразования, мы наблюдаем на входе импульсного регулятора падение напряжения. Для того чтобы минимизировать эти потери, нужны резервные конденсаторы прямо на входе источника питания. На рисунке 1 такой конденсатор обозначен как CIN.

Рис. 2. Схема рисунка 1 с добавлением паразитных элементов (помех) цепи питания и самого источника напряжения

Рис. 2. Схема рисунка 1 с добавлением паразитных элементов (помех) цепи питания и самого источника напряжения

На рисунке 2 показана схема, аналогичная изображенной на рисунке 1, но с добавлением паразитных элементов цепи питания и с самим источником напряжения. Внутреннее сопротивление источника напряжения (Rseries), индуктивность и сопротивление цепи питания (цепь R, L), а также любое ограничение тока являются ключевыми характеристиками источника напряжения, которые необходимо учитывать, чтобы гарантировать бесперебойную работу импульсного источника. По большей части, правильный выбор входных конденсаторов может обеспечить правильную работу всей схемы питания.

Первый шаг для моделирования источника питания должен заключаться в том, чтобы взять рекомендуемое значение емкости для CIN из таблицы данных для микросхемы импульсного стабилизатора. Однако надо учесть, если источник напряжения или цепь питания обладают особыми характеристиками, имеет смысл смоделировать комбинацию источника напряжения и импульсного регулятора. На рисунке 3 показано моделирование, выполненное в среде моделирования LTspice® от Analog Devices.

Рис. 3. Моделирование с помощью LTspice для проверки поведения входного напряжения импульсного стабилизатора

Рис. 3. Моделирование с помощью LTspice для проверки поведения входного напряжения импульсного стабилизатора

На рисунке 3 представлена упрощенная модель понижающего преобразователя на базе ADP2360, в которой входное напряжение IN генерируется идеальным источником напряжения. На схеме для источника напряжения не определено внутреннее сопротивление и не указаны паразитные значения для цепи питания между источником напряжения и импульсным стабилизатором, поэтому предполагается, что на вывод VIN ADP2360 всегда подается фиксированное напряжение. Следовательно, нет необходимости добавлять входной конденсатор (CIN). Однако при работе в реальных условиях входной конденсатор всегда требуется, потому что источник напряжения и цепь питания не идеальны. Если среда моделирования, такая как LTspice, также используется для проверки поведения с различными входными конденсаторами, необходимо использовать источник напряжения со внутренним сопротивлением и цепь питания с паразитными значениями сопротивления и индуктивности, как показано на рисунке 2.

Оригинал

Перевел Дмитрий Кокшаров по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

О компании Analog Devices

  Компания Analog Devices (AD, ADI) основана в 1965 году в Кембридже, штат Массачусетс, США двумя инженерами – выпускниками Массачусетского Технологического института (MIT) Рэем Стейтой (Ray Stata – первый президент и CEO) и Мэттью Лорбером (Matthew Lorber) с целью разработки и производства интегральных операционных усилителей (ОУ) – новых в тот момент на бурно развивающемся рынке полупроводниковой электроники изделий. Уже через три года продажи компании достигли 5,7 млн. USD. К 1970 AD о ...читать далее

Товары
Наименование
ADP2360ACPZ-5.0-R7 (AD)
ADP2360ACPZ-R7 (AD)
ADP2360ACPZ-R7/1500 pcs (AD)
ADP2360ACPZ-3.3-R7 (AD)
ADP2360CP-EVALZ (AD)