Konfiguration mehrerer Abwärtsregler auf einer Leiterplatte

Ich habe viel über Schaltregler nach einem Platinendesign geforscht, das zwei Abwärtsregler auf der Platine verwendet, um 9 V und 3,3 V aus einer 12-28-V-Gleichstromversorgung herauszuholen. Die meisten meiner Fragen wurden beantwortet, aber auf einige Fragen finde ich keine zufriedenstellenden Antworten.

Ich versuche zu entscheiden, wie die 2 Abwärtsregler basierend auf einer möglichen Schaltfrequenz konfiguriert werden sollen und welche Spannungsquelle als Eingänge für die Regler verwendet werden soll.

Vorweg, das Platinendesign, für das dies vorgesehen ist, ist eine einfache Analogeingangs- und Relaisausgangssteuerplatine mit RS485 und Ethernet. Die analoge Eingangsschaltung und die Relais verwenden die 9-V-Schiene (allerdings voneinander segmentiert). Die MCU und andere ICs verwenden die 3,3-V-Schiene. Das System verbraucht insgesamt maximal etwa 1 Ampere und sowohl die 9 V als auch die 3,3 V müssen jeweils 500 mA liefern.

1) Ich erwäge, dasselbe Reglermodell TI TPS54231DR für beide Ausgangsspannungsanforderungen (9 V und 3,3 V) zu verwenden. Ich habe schon viele davon zur Hand, das wäre ideal. Die folgenden Links sprechen jedoch von Schwebungsfrequenzen, die auftreten, wenn die Schaltfrequenzen der Regler nahe beieinander liegen (die Herstellungsabweichung führt dazu, dass die beiden Komponenten leicht unterschiedliche Schaltfrequenzen haben). Ich bin etwas besorgt darüber für die analogen Eingänge.

Link1

Link2 - hier ist der entsprechende Screenshot...

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Jetzt sehe ich, dass die obigen Links die Verwendung von Induktivitäten mit einem Widerstand von einigen Ohm bei der Schaltfrequenz vorschlagen, um die Schwebungsfrequenzen zu bekämpfen, was ich tun kann.

Aber das wirft die Frage auf ... wie viel Unterschied der Schaltfrequenz ist erforderlich, damit die Schwebungsfrequenzen nicht wahrnehmbar sind? Der Regler, den ich bereits habe, ist 570 kHz und ich sehe andere Schaltfrequenzen im Bereich von 400 bis 500 kHz und im Bereich von 600 bis 800 kHz. Reicht ein Unterschied von 100-200 kHz zwischen den Schaltfrequenzen aus, um die Schwebungsfrequenzen nicht zu bemerken? Würden 50 kHz Unterschied ausreichen? Ich habe nicht alle Komponenten zur Hand, um das alles auszuprobieren.

2) Ist es für die geregelten Spannungen auf der Leiterplatte besser (weniger Rauschen, stabiler), wenn alle Schaltregler die Hauptversorgungsschiene als Eingänge verwenden? Oder können sie kaskadiert werden (der Ausgang eines Dollars geht an den Eingang eines anderen)? Wenn ich sie kaskadieren kann, kann ich einen 3,3-Ausgangs-Abwärtsregler mit einem niedrigeren Vin MAX verwenden, den ich wiederum bereits in großen Mengen TI TPS62152RGTT zur Hand habe . Sie haben eine maximale Eingangsspannung von 17 V und eine Schaltfrequenz von 2,5 MHz. Beim Kaskadenmodell bin ich gespannt, ob das Schalten des 3,3-V-Reglers der 9-V-Schiene Rauschen hinzufügt oder nicht. Wenn ja, würde ich lieber nur den 3,3-Ausgangsregler an die 12-28-V-Versorgung anschließen.

3) Und in Bezug auf die beiden Fragen ... was wäre die Geräuschauswirkung bei Verwendung der Kaskadenkonfiguration mit demselben Reglermodell? Führt dies dazu, dass die Schwebungsfrequenzen in allen Versorgungsschienen zu sehen sind?

Zusammenfassend frage ich mich, welche der 4 folgenden Konfigurationen die beste Option ist? Meine bevorzugten Optionen wären A oder D zur Vereinfachung der Stückliste, aber ich kann auch Konfiguration C mit Teilen erreichen, die ich bereits zur Verfügung habe.

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.beats kann ein Problem verursachen +1. Warum nicht gegenphasig getaktete Chips verwenden? .Sie müssten sich keine Gedanken über Schwebungen machen und Ihre EMV wird besser und Ihre Ripple-Ströme werden geringer sein.
Welchen Strom ziehen Sie aus diesen Reglern? Sie können die EMV reduzieren, indem Sie Induktivitätsfilter und eine Drossel am Eingang jedes Bucks verwenden. Wenn Sie nicht viel Strom ziehen (das Papier, auf das Sie sich beziehen, ist 12 A) oder ein sehr empfindliches Analog haben oder eine strenge Zertifizierung bestehen müssen, bezweifle ich, dass Sie große Auswirkungen sehen werden. Sie sollten Ihren Bock besser nicht anketten, wenn sie die Fahrgestellnummer nehmen können.
@Autistic - Mir sind die synchronen Chips bekannt, aber ich versuche, Komponenten wiederzuverwenden, die ich bereits habe. Dies sind keine einmaligen Projekte, daher versuche ich, Teile zwischen Designs zu teilen und so meinen Komponentenbestand einfach zu halten.
@Damien - Die Stromaufnahme für das gesamte System beträgt etwa 1 Ampere. Ich würde sagen, die 9-V- und 3,3-V-Schienen müssen jeweils 500 mA liefern können, was innerhalb der Spezifikation für den TI TPS54231DR einfach ist. Es klingt also so, als würden Sie entweder Konfiguration A oder B empfehlen
@zme Am besten wäre es, eine Testschaltung zu bauen und nur einige Messungen durchzuführen.

Antworten (3)

Wenn Ihre Reglerchips einen externen Takt akzeptieren, sehen Sie sich Linear Tech LTC6902 an, einen mehrphasigen Taktgenerator speziell für die Synchronisierung mehrerer Schaltwandler. Ich habe es verwendet, um drei Buck-Sektionen auf einer Platine bei 500 kHz zusammenzubinden, die jeweils auf einer anderen Phase der Master-Clock "feuern", aber alle auf genau derselben Frequenz und niemals gegeneinander schlagen.

Anscheinend haben Sie nur einen sehr geringen Strombedarf. Für geräuschempfindliche Anwendungen würde ich auf jeden Fall Option vorschlagen: A oder B Die Auswahl zwischen A und B hängt von der Verfügbarkeit des Bereichs und der Komponenten ab.

//Experimenteller Vorschlag Ich weiß nicht, ob sich Ihre Anwendung nur um Rauschen oder auch um geringe Verlustleistung kümmert. Wenn Sie bei 9 V 2 kleine LDOs hinzufügen, verbrauchen Sie nur etwa 1,5 W / LDO und vermeiden Rauschen vollständig. In diesem Fall sollte das Routing symmetrisch sein, damit die Last nicht ungleichmäßig ist.

Es werden 2 LDOs anstelle von 1 vorgeschlagen, nur um Kühlkörper zu vermeiden.

Ich schlage Option A vor. Ich bin auch ein Fan der Einfachheit von Stücklisten. Sie sind auf Eingangsfilter festgelegt, daher ist es (für mich) das geringere von zwei Übeln, sie anzupassen, um die Beat-Frequenzen zu mildern (falls sie tatsächlich ein Problem darstellen).

Option D ist verlockend. Sie besitzen die Teile bereits und es beseitigt das Schwebungsfrequenzproblem oder verschiebt es zumindest in einen Frequenzbereich, der viel einfacher zu handhaben ist. Auch ist elektrisch nichts falsch daran, die beiden Regler in Reihe zu schalten. Es gibt Ihnen einen einzigen Ein-/Aus-Steuerungspunkt und eine definierte Startsequenz, aber nur Sie können diesen Funktionen einen Wertfaktor zuweisen. Der Kompromiss ist eine erhöhte Verlustleistung im 9-V-Regler (aber eine geringere Verlustleistung im 3,3-VA-Regler).

Ich habe beide Ansätze erfolgreich durchgeführt, basierend auf unterschiedlichen Gesamtsystemanforderungen.

BOM-Einfachheit und stärker verteilte Verlustleistung im Vergleich zu einfacherer Geräuschkontrolle und konzentrierterer Verlustleistung. Muss dein Anruf sein.