¿Qué importancia tiene la frecuencia auto-resonante para un inductor cuando se usa en un SMPS de dólar rápido (~ 3MHz)?

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Estoy usando el LM2734Z, un regulador de dólar de 3 MHz. Es realmente rápido, lo que significa que tiene un pequeño inductor.

Una de las cosas que me pregunto es ¿qué tan importante es la frecuencia de auto-resonancia del inductor? Lo estoy usando para pasar de 4.8V a 20V a 3.3V ± 5%.

Encontré un inductor de 3.3µH 2A (según lo recomendado por la hoja de datos para 3.3V @ 1A, estoy clasificando la salida a 400mA máximo) "SDR0604-3R3ML". Su frecuencia de auto-resonancia es de 60 MHz, que parece estar bien alejada de 3 MHz, pero es un múltiplo y me pregunto si los armónicos entran en ella.

Incluso si este caso está bien, ¿hay una regla general para evitar ciertas frecuencias de resonancia (es decir, si coinciden?)

    
pregunta Thomas O

1 respuesta

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No me preocuparía por dos razones.

Primero es un múltiplo, pero 60Mhz es un armónico uniforme de 3Mhz. La salida del regulador debe ser básicamente una onda cuadrada y las ondas cuadradas tienen contenido en sus armónicos fundamentales y sólo impares. Entonces, 3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63. Por supuesto, una onda no perfecta tendrá un contenido incluso armónico, pero debería estar muy por debajo de cualquier armónica impar, si es una buena idea. Ola cuadrada, estará en el piso de ruidos. Si en cuestión configura su alcance para hacer una FFT en la salida del regulador y ver cómo se ve su salida a 60Mhz.

En segundo lugar, como muestra la lista anterior, estás en un armónico muy alto a 60 mhz. La fuente de conmutación tendría que estar emitiendo una onda cuadrada con tiempos de subida / bajada realmente rápidos para tener mucho o ningún contenido tan alto. Por lo general, solo debe preocuparse por los primeros 3-6 armónicos impares con una onda cuadrada, dependiendo de los tiempos de subida / bajada. Eso se traduciría en una regla de oro teórica que siempre que la SRF sea de 5 a 10 veces su velocidad de conmutación, debería estar bien.

EDITAR: Decidí modelar esto hasta cierto punto ...

Circuito de prueba, utilicé los parámetros del inductor que conectaste para la inductancia, capacitancia parásita, ESR y resistencia de derivación. La resistencia a la derivación cambia según la frecuencia y se define en Eqn. Modelé una tapa de cerámica 10uF genérica para la tapa del filtro de salida que incluye ESR y ESL y elegí arbitrariamente 1k para la carga. Haciendo un barrido de CA con una fuente de 1V de 0 a 250Mhz y luego a 1Ghz para ver la respuesta de frecuencia. La resistencia de salida del conmutador es un disparo en la oscuridad, pero probablemente sea el correcto.

AquíestamoshaciendounbarridosinlatapadelfiltrodesalidaadjuntaparaverlaSRFdelmodelodeinductor,comoseesperabaa60Mhz.

Aquí barremos con la tapa en su lugar:

Esteesrealmenteinteresante.LoqueestásucediendoesqueaunqueelinductorpierdesuspropiedadesdefiltradoenlaSRF,todavíahayunfiltroRCformadoporRout,laresistenciadelosinductoresylatapadesalida.Estefiltroescapazdebloquearlasaltasfrecuencias,porloquenovemosuncambiotanagudocomolovemossoloconelinductor.Sinembargo,enestasfrecuencias,laESLdellímiterealmentecomienzaaentrarenjuego,porloquevemosunaumentoenelniveldesalidaamedidaqueaumentalafrecuencia.

Finalmenteveamoscómoaumenta:

A 1 GHz, el inductor está completamente dominado por la capacitancia parásita y la tapa del filtro está dominada por el ESL, a 10 GHz (no se muestra) se nivela de inmediato.

Por supuesto, hay un montón de inductancias parásitas, capacitancias y variaciones (especialmente a las frecuencias realmente altas) no incluidas en este modelo simple, pero tal vez esto ayude como una representación gráfica de lo que está sucediendo.

Lo más interesante que me salió de esto es que SRF no es un muro de ladrillos. El filtro RC inherente puede mitigar parte del efecto de golpear la SRF.

EDIT2: Una edición más, principalmente porque estoy usando esto como una oportunidad para jugar con el circuito Qucs sim por primera vez. Programa genial.

Esto muestra 2 cosas. Primero, muestra la respuesta de frecuencia del circuito en magnitud (en dB, azul) y en fase (rojo); esto muestra con mayor claridad dónde adquiere la capacidad / inductancia parásita del componente. También muestra un barrido secundario del ESL del capacitor de salida que muestra cuán importante es minimizar esto a través de la selección de componentes y el diseño de PCB. Su barrido de 1nH a 101nH en pasos de 10nH. Puede ver si la inductancia total en el PCB es muy alta y pierde casi toda su capacidad de filtrado. Esto dará lugar a problemas de EMI y / o problemas de ruido.

    
respondido por el Mark

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