Quelle est l'importance de la fréquence d'auto-résonance pour une inductance lorsqu'elle est utilisée dans un SMPS rapide (~ 3MHz) buck?


16

J'utilise le LM2734Z, un régulateur abaisseur 3 MHz. C'est vraiment rapide ce qui signifie qu'il a un petit inducteur.

L'une des choses que je me demande, c'est à quel point la fréquence d'auto-résonance de l'inductance est-elle importante? Je l'utilise pour passer de 4,8 V à 20 V à 3,3 V ± 5%.

J'ai trouvé une inductance 3.3µH 2A (comme recommandé par la fiche technique pour 3.3V @ 1A, je note la sortie à 400mA maximum) "SDR0604-3R3ML". Sa fréquence d'auto-résonance est de 60 MHz, ce qui semble être bien clair de 3 MHz, mais c'est un multiple et je me demande si des harmoniques y entrent?

Même si ce cas est correct, existe-t-il une règle d'or pour éviter certaines fréquences de résonance (c'est-à-dire si elles correspondent?)

Réponses:


22

Je ne m'en inquiéterais pas pour 2 raisons.

D'abord c'est un multiple mais, 60Mhz est un harmonique pair de 3Mhz. La sortie du régulateur doit être essentiellement une onde carrée et les ondes carrées ont un contenu à leurs harmoniques fondamentales et uniquement impaires. Donc 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63. Bien sûr, une onde non parfaite aura un certain contenu harmonique, mais elle devrait être bien en dessous de toutes les harmoniques impaires, si c'est une bonne onde carrée, ce sera dans le bruit de fond. En cas de doute, configurez votre portée pour effectuer une FFT sur la sortie du régulateur et voir à quoi ressemble sa sortie à 60 MHz.

Deuxièmement, comme le montre la liste ci-dessus, vous êtes à une harmonique très élevée à 60 MHz. L'alimentation de commutation devrait produire une onde carrée avec des temps de montée / descente très rapides pour avoir beaucoup, voire aucun, contenu aussi élevé. Habituellement, seules les 3-6 premières harmoniques impaires sont ce dont vous devez vous soucier avec une onde carrée, en fonction des temps de montée / descente. Cela équivaudrait à une règle de base théorique que tant que le SRF est 5-10 fois votre vitesse de commutation, tout devrait bien se passer.

EDIT: Décidé de modéliser cela de façon à un certain degré ...

Circuit de test, j'ai utilisé les paramètres de l'inductance que vous avez liée pour l'inductance, la capacité parasite, l'ESR et la résistance de shunt. La résistance de shunt change en fonction de la fréquence et est définie dans l'équation. J'ai modélisé un capuchon en céramique 10uF générique pour le capuchon du filtre de sortie, y compris ESR et ESL, et j'ai arbitrairement choisi 1k pour la charge. Faire un balayage AC avec une source 1V de 0 à 250Mhz puis plus tard à 1Ghz pour jeter un œil à la réponse en fréquence. La résistance de sortie du commutateur est un tir dans le noir mais probablement à droite. texte alternatif

Ici, nous effectuons un balayage sans le capuchon de filtre de sortie attaché pour voir le SRF du modèle d'inductance, comme prévu à 60 MHz. texte alternatif

Ici, nous balayons avec le capuchon en place: texte alternatif

Celui-ci est en fait intéressant. Ce qui se passe, c'est que même si l'inductance perd ses propriétés de filtrage à SRF, il existe toujours un filtre RC formé par Rout, la résistance des inductances et le capuchon de sortie. Ce filtre est capable de bloquer quelque peu les hautes fréquences, c'est pourquoi nous ne voyons pas un changement aussi marqué que nous l'avons vu avec l'inductance uniquement. Cependant, à ces fréquences, l'ESL du capuchon commence vraiment à entrer en jeu, nous voyons donc un niveau de sortie augmenter à mesure que la fréquence augmente.

Voyons enfin comment il augmente: texte alternatif

À 1 GHz, l'inductance est entièrement dominée par la capacité parasite et le capuchon du filtre est dominé par l'ESL, à 10 GHz (non illustré), elle se stabilise immédiatement.

Bien sûr, il y a un tas d'inductances, de capacités et de variations parasites (en particulier aux fréquences très élevées) non incluses dans ce modèle simple, mais cela aidera peut-être en tant que représentation imagée de ce qui se passe.

La chose la plus intéressante qui en soit ressortie est que SRF n'est pas un mur de briques. Le filtre RC inhérent peut atténuer certains des effets de frapper le SRF.

EDIT2: Un autre montage, principalement parce que je l'utilise comme une opportunité de jouer avec le circuit sim Qucs pour la première fois. Programme sympa.

Cela montre 2 choses. Tout d'abord, il affiche la réponse en fréquence du circuit en magnitude (en dB, bleu) et en phase (rouge), ce qui montre plus clairement où la capacité / inductance parasite du composant prend le relais. Il montre également un balayage secondaire de l'ESL du condensateur de sortie montrant combien il est important de minimiser cela par la sélection des composants et la disposition des PCB. Son balayage de 1nH à 101nH par pas de 10nH. Vous pouvez voir si l'inductance totale sur le PCB devient très élevée, vous perdez presque toute votre capacité de filtrage. Cela entraînera des problèmes EMI et / ou des problèmes de bruit. texte alternatif


D'accord, la règle générale serait donc d'éviter les fréquences de résonance dans les 3-6 harmoniques impaires (donc la fréquence 6-12x?) Qu'en est-il des fréquences de résonance inférieures à la fréquence opérationnelle? Que se passe-t-il à la fréquence de résonance? Merci.
Thomas O

J'utilise généralement 5-10 car j'inclus le fondamental comme l'un des trois premiers. Dans l'exemple ci-dessus, une onde carrée parfaite aurait 1/29 (29e harmonique) ou 3,45% de la magnitude à 63Mhz qu'elle a à son fondamental, 3Mhz. C'est pour une onde carrée parfaite, avec des temps de montée / descente de 0. En réalité, cette harmonique est probablement beaucoup plus petite car la vitesse de balayage du commutateur ne peut pas se déplacer aussi rapidement, elle ne peut pas produire de contenu à des fréquences aussi élevées.
Mark

Quant à SRF inférieur à vos fréquences de commutation. Lorsque vous traversez le SRF, l'impédance de l'inductance revient à ce que vous attendez en amplitude mais prend un déphasage négatif. Il agit un peu comme un condensateur qui passe CC. Mode de fonctionnement étrange et je pense que cela se brouillerait probablement avec la réponse du filtre, même si je n'ai jamais vraiment calculé les mathématiques à ce sujet.
Mark

Merci pour vos modifications expliquant cela. Très appréciée.
Thomas O

Le véritable convertisseur abaisseur a une capacité supplémentaire dans le mosfet côté haut et la diode de roue libre.Si vous avez une grande zone de matrice à faible Rds sur mosfet et diode schottky et une faible inductance, alors la capacité supplémentaire est beaucoup plus grande que la capacité inhérente de la bobine. En d'autres termes, la fréquence de résonance dans votre circuit sera bien inférieure à 60 MHz.Si vous exécutez le buck dans DCM, vous le verrez sous la forme d'oscillations amorties.Vous pouvez l'utiliser à l'avantage avec le commutateur de vallée accepté ou le plus récent S Régimes de commutation TRAP. Cette auto-résonance ne doit pas être une mauvaise chose.
Autistic
En utilisant notre site, vous reconnaissez avoir lu et compris notre politique liée aux cookies et notre politique de confidentialité.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.