Eigenresonanzfrequenz des MLCC in der Abwärtswandlerschaltung

Nehmen wir an, ich verwende einen synchronen Abwärtswandler, der mit 1 MHz schaltet, und einen 47-µF-MLCC an seinem Ausgang, dessen Eigenresonanzfrequenz genau bei 1 MHz liegt.

Nach meinem Verständnis ist die Verwendung eines Ausgangskondensators eines DC / DC-Wandlers in der Nähe oder bei seiner Eigenresonanzfrequenz keine schlechte Idee. Aber ich bin mir nicht sicher. Ich denke, es sollte keine Instabilitätsprobleme geben, solange die Resonanzfrequenz der Induktor / Kondensator-Kombination deutlich über oder unter 1 MHz liegt. Für 47 uF und 2,2 µH habe ich also eine Resonanz in der Nähe von f = 15 kHz, was in Ordnung sein sollte.

Ist der "Verlust" oder sogar "Umsatz" der Phasenverschiebung des Kondensators in dieser Situation ein Problem? Ich sollte beachten, dass der Wandler PWM mit konstanter Frequenz und (soweit ich aus dem folgenden Blockdiagramm ableiten kann) Spitzenstrommodussteuerung verwendet.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Antworten (3)

Ich denke, es sollte keine Instabilitätsprobleme geben, solange die Resonanzfrequenz der Induktor / Kondensator-Kombination deutlich über oder unter 1 MHz liegt.

Die Stabilität hängt hauptsächlich vom Verhalten der Schaltung innerhalb der Bandbreite des Regelkreises und geringfügig darüber ab. Wie eine andere Antwort sagt, ist ein Schlüsselparameter der Phasenabstand des Regelkreises. Dies wird bei der Frequenz gemessen, bei der die Open-Loop-Verstärkung Eins durchläuft.

Diese Frequenz ist im Allgemeinen viel niedriger als die Schaltfrequenz des Reglers, typischerweise um das 10-fache, in Ihrem Beispiel also etwa 100 kHz (lesen Sie jedoch Ihr Datenblatt und analysieren Sie Ihr Design, um herauszufinden, was es in Ihrer speziellen Schaltung ist).

Bearbeiten: Ich sollte hinzufügen, dass der Ausgangskondensator auch wichtig ist, um die Welligkeit der Schaltwellenform zu glätten. Dies ist ein von der Stabilität des Regelkreises getrenntes Problem. Wie eine andere Antwort besagt, enthält die Schaltwellenform Oberwellen weit über der Grundfrequenz. Daher möchten Sie wahrscheinlich einige Kondensatoren mit niedrigerem Wert und höherer SRF parallel zu Ihrem 47-uF-MLCC einbauen, um mit diesen Komponenten umzugehen.

Für Frequenzen unter 1 MHz ist es in Ordnung, aber da die PWM eine schnell schaltende Wellenform ist, treten Oberwellen bis zu mehreren hundert MHz auf. Jene Oberschwingungen, die höher sind als die Eigenresonanzfrequenz der Kondensatorserie, werden zunehmend weniger gedämpft.

Dies könnte eine verrauschte Ausgangsspannung bedeuten und eine, die EMI aussendet.

Ok, also sollte die Schaltung aus Stabilitätsgründen gut funktionieren, unabhängig vom genauen Steuerschema? EMI ist eine andere Geschichte, die durch Parallelschalten kleinerer Kappen und/oder eines Serienferrits gehandhabt werden könnte.
Es könnte instabil werden, weil Sie hochfrequenten Mist in den Rückkopplungskreis einspeisen und dies nicht das ist, was erwartet wird. Es gibt keine allgemeine Antwort, außer mach es nicht!
Ok, aber ist der "HF-Schrott", der in die Rückkopplungsschleife eingefügt wird, in diesem Fall nicht mindestens (abgesehen vom Aspekt der Phasenverschiebung)? Ein anderer Kondensator hat wahrscheinlich direkt bei der Grundschaltfrequenz eine größere Impedanz. Und wie ich bedauere, werden auf jeden Fall kleinere Kappen benötigt, die eine niedrige Impedanz für die Oberwellen haben. Das hat keinen wirklichen Einfluss auf die Wahl der "Haupt" -Ausgangskondensatoren?
Nein, wenn Ihr Kondensator bei 1 MHz selbstresonant ist, ist er bei höheren Frequenzen nicht wirksam, da er zu einer Induktivität wird und den Mist nicht filtert. Denken Sie eine Weile darüber nach oder machen Sie eine Simulation.
Ja, ich habe Ihren Punkt bereits bestätigt, dass der Kondensator für die Harmonischen nicht wirksam ist, aber er sollte für die Grundfrequenz sein, das war der Punkt in meinem letzten Kommentar.
Wenn Ihr Bulk-Kondensator bei 1 MHz eigenresonant ist, parallelisieren Sie ihn mit kleineren Kappen, um den HF-Mist abzutöten.

Die kritischen Auswahlkriterien müssen sowohl die Welligkeitsdämpfung der Impedanzverhältnisse von (ESR + Xc) zu (DCR + XL) als auch die Phasenreserve berücksichtigen.

Der Phasenabstand sollte mindestens 45 Grad betragen, um ein erhebliches Klingeln nach transienten Lasten zu vermeiden. Das Q bei der Übergangsfrequenz sollte reduziert werden, um große Phasenausschläge zu vermeiden. Wenn Ihr SRF im Verhältnis zur Schaltfrequenz zu niedrig ist, wird die Phasenreserve beeinträchtigt. Ein höherer ESR kann dies erleichtern, wodurch Q reduziert und die Phasenreserve auf Kosten einer höheren Welligkeit verbessert wird.

Hier ist ein Beispiel dafür, was ich meinte.

Beachten Sie, dass die SRF bei 1 MHz keine negativen Auswirkungen auf die Reaktion auf 1 MHz hat, aber die Wahl von 47 uH jetzt mit einer 2 uH-Drossel verursacht eine ernsthafte Resonanz nahe 37 kHz mit einer Verstärkung von 20 dB und daher einen sehr schlechten Phasenabstand mit dem resultierenden hohen Q von 10.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Daher sind der Wert von LC und das durch das Verhältnis X(f)/(DCR+ESR) bestimmte Q weitaus kritischer als die SRF von C.

OK! Können Sie mir einen Rat geben, wie ich den Kondensator schätzen kann, der einen bestimmten Phasenabstand erfüllt? Ich weiß ehrlich gesagt nicht, wie man Gleichungen für den Regelkreis aufstellt. Es sollte möglich sein, wenn die Interna des Reglers bekannt sind, aber das Datenblatt geht nicht auf die internen Kompensationsdetails ein.
schauen Sie sich dann andere App-Notizen an
Eigenresonanzfrequenz des MLCC in der Abwärtswandlerschaltung
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v