Induktive Drossel mit Bypass-Kondensatoren?

Ich habe mir einige Stromeingangsschaltungen angesehen und einige von ihnen schlagen eine induktive Drossel mit einem großen Bypass-Kondensator vor, gefolgt von kleineren Bypass-Kondensatoren.

Theoretisch interpretiere ich den Zieleffekt folgendermaßen:

Bypass-Kondensatoren bieten eine niedrige Impedanz bei hohen Frequenzen, und die Induktivität verhindert, dass Stromstöße eintreten/austreten.

Im Wesentlichen wird durch die Verwendung einer Induktivität in Reihe und eines Entkopplungskondensators im Wesentlichen eine Reihen-LC-Schaltung erstellt. Nun ist eine der Eigenschaften von LC-Schaltungen, dass sie eine Resonanzfrequenz haben. Ich habe eine LC-Schaltung mit einer angeschlossenen rein ohmschen Last modelliert, um zu simulieren, was die Schaltung unter verschiedenen Arten von Lasten tat:

LC-Filter mit Last

VG1 ist eine Spannungsquelle zum Simulieren von Rauschen und VM1 ist ein Produkt der Simulationssoftware zum Messen von Spannungen (ich verwende TINA-TI).

Hier ist das resultierende Bode-Diagramm für diese Schaltung:

Bode-Plot

Wie erwartet wird hochfrequentes Rauschen sehr effektiv reduziert (wenn ich mich nicht irre, sollte es außerhalb des Spitzenbereichs mit 40 dB pro Dekade abklingen). Es gibt jedoch diese ominöse Spitze bei etwa 20 kHz, wo das Rauschen tatsächlich sehr effektiv von der Resonanzfrequenz verstärkt wird.

Ist dies normalerweise kein Faktor, wenn es darum geht, die Stromversorgung einer Platine zu regulieren? Warum wird der RC-Filter nicht ausreichend mit Bypass-Kondensatoren erstellt? Liegt es daran, dass die für einen effektiven RC-Filter erforderliche Kondensatorgröße zu hoch ist? Oder übersehe ich etwas in meinem Modell?

Das als Beispiel empfohlene Stromfilterschema stammt von Atmel für seine AVR-Mikrocontroller.

Es hängt von der Anwendung ab, wo ein solcher Filter benötigt wird. Wenn es Schaltfrequenzen um die Spitze des LC hat, hat es negative Auswirkungen. Bei der RC-Version ist die Verlustleistung von R (wieder abhängig) größer als die von L.

Antworten (2)

Ich bin eher für einen RC-Filter als für einen LC, und die Resonanz ist ein Grund. Oberhalb der Resonanzfrequenz hat man eine hohe Rauschunterdrückung, unterhalb kaum etwas. Wenn Sie dann eine niedrige Grenzfrequenz wünschen, kann die Induktivität unpraktisch groß werden.

Ich habe Schaltungen gesehen, in denen EMI-Ferritperlen verwendet werden, aber diese sind fast nutzlos. Sie haben zwar eine Impedanz nahe Null bei DC, aber ihre Spitzenimpedanz (oft einige hundert Ohm) liegt oft über 50 MHz, so viel Rauschen wird kaum gefiltert.

Aber der RC-Filter ist nicht ideal: Der Widerstand hat einen Spannungsabfall, und wenn Sie einen niedrigen Widerstand wählen, benötigen Sie einen ziemlich großen Kondensator, um die niedrige Grenzfrequenz zu halten. Ein RC-Filter kann akzeptabel sein, wenn der Mikrocontroller nicht viel Strom benötigt (vergessen Sie nicht, was er an seine Ein- und Ausgänge liefert!), aber bei 5 mA fallen an 100 Ω bereits 500 mV ab, was in Ordnung ist, wenn dies der Fall ist Die Eingangsspannung ist extra dafür etwas hoch gewählt, was man sich aber vielleicht nicht leisten kann.

Der richtige Weg, dies zu tun, besteht darin, einen geeigneten Wert und ESR für C1 in Ihrem Schaltplan auszuwählen, um die Resonanz zu dämpfen.

Beispiel:

  • Ausgangswiderstand Netzteil: 10 mOhm
  • Gesamtinduktivität 100 µH (einschließlich Drähte)
  • Kapazität 10 µF

Da der Dämpfungsfaktor Eta = R/2 sqrt(C/L) ist und wir Eta > 1 wollen, erhalten wir leicht:

R > 2 Quadratmeter (L/C)

In diesem Fall R>6 Ohm, also einen Widerstand in Reihe mit Ihrer Kappe schalten.

Ein besseres Schema wäre 100 µF und 3 Ohm. Fügen Sie eine lokale Obergrenze von 1 µF hinzu, um hohe Frequenzen zu berücksichtigen. Es klingelt nicht mit der Induktivität.

Simulieren Sie die Schaltung, Sie werden sehen ...

Dadurch wird die HF-Unterdrückung natürlich etwas verschlechtert, aber Sie erhalten keinen Peak.

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