¿Qué causa la ondulación del voltaje de SMPS?

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En muchas hojas de datos y guías de aplicación, siempre hay una ecuación para la corriente de rizado, porque es fundamental para el funcionamiento de un convertidor buck o boost, pero nunca veo una ecuación directa para el voltaje de rizo.

Sé que la ondulación proviene de la capacitancia finita que necesita descargar la corriente de carga durante la parte fuera del ciclo de trabajo, por lo que sospecho que la ecuación es de segundo orden (ya que la derivada del voltaje de los capacitores depende de la derivada de la corriente del inductor). También sé que la ESR del capacitor cumple una función.

Pido fuera de experiencia. Una vez que construí un convertidor elevador y la ondulación del voltaje de salida creció a más de 100 mV con la carga máxima, mientras que en otra ocasión construí un convertidor elevador y la ondulación fue constante a 4 mV en todas las cargas. Estos satisfacían claramente diferentes requisitos de potencia, pero ¿cuál es la interacción entre la capacitancia ESR y la relación inductiva / capacitancia pura para determinar la fluctuación de la salida? ¿Y cuándo comienza a variar significativamente entre cargas?

    
pregunta Michael E

2 respuestas

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Sospecho que la ecuación es de segundo orden (ya que la derivada de la   La tensión de los condensadores depende de la derivada de la corriente del inductor)

Esto es fundamental para entender el voltaje de ondulación. El inductor y el condensador forman un filtro de paso bajo de segundo orden con una entrada que se puede suponer que es una onda cuadrada de ciclo de trabajo variable para acomodar las variaciones de carga y suministro entrante.

Dado que el inductor y el condensador tienen una resonancia natural significativamente por debajo de la frecuencia de conmutación (quizás a una décima), se puede esperar que el primer fundamento de la onda cuadrada se atenúe en 40 dB debido a que se atenúa un filtro de paso bajo de segundo orden. a 40 dB por década.

Entonces, si la onda cuadrada (forma de onda de conmutación) fuera de 12 voltios p-p, la fundamental se reduciría en 40 dB a 120 mV p-p y los armónicos se reducirían aún más.

Si la frecuencia de conmutación es 100 veces la frecuencia natural de la LC, los 12 voltios p-p se atenúan de 80 dB a 1.2 mV p-p. Sin embargo, hay un compromiso: para obtener el máximo control dinámico cuando se trata de variaciones de corriente de carga, es deseable tener la frecuencia natural de LC lo más alta posible para que sea un compromiso.

Con la ESR capacitiva, la atenuación del filtro LC no continuará a 40 dB / década, pero eventualmente se convertirá en 20 dB / década cuando el LC se convierta en un filtro de paso bajo de un solo orden LR.

    
respondido por el Andy aka
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Muy probablemente todos los Cs y Ls discretos y parásitos interactúan, y causan ondulaciones / timbres. Por lo tanto, debe esperar una "fluctuación" a 150MHz debido a que 10nH (0.010uH) interactúa con el Cout de 100pF de los FET de alimentación de chip.

Y todos los demás resonadores LC posibles pueden ser un problema, dependiendo de la cantidad de amortiguación resistiva en el circuito de circulación de energía.

    
respondido por el analogsystemsrf

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