Welche R-, C-Werte sollten in einem RC-Snubber verwendet werden, um das Ausgangsklingeln im Schaltregler zu reduzieren?

Ich verwende einen einfachen Abwärtsschaltwandler (AP3211), um 5 V-12 V in 3,3 V umzuwandeln.

Das Problem, das ich zu lösen versuche, ist das Ausgangsklingeln. Ich sehe ein 800-mV-PP-Klingeln am Ausgang mit einer Frequenz von 185 MHz. Ich habe Details gelesen, dass ich möglicherweise einen RC-Snubber verwenden könnte, um das Klingeln zu reduzieren.

Einige Referenzen, die ich gefunden habe:

http://www.ti.com/lit/an/slyt465/slyt465.pdf

onsemi.com/pub_link/Collateral/TND396-D.PDF

Die Schottky-Diode hat eine Sperrschichtkapazität von 120 pF. Einige verschiedene Artikel haben einen etwas anderen Ansatz zur Berechnung der R- und C-Werte für den Snubber, ich bin jedoch zu den folgenden Werten gekommen:

R = 7 Ohm C = 270 pF

Meine Frage ist: Wenn mir der Stromverbrauch egal ist (bis zu einem gewissen Grad und nicht genug, um einen Linearregler zu verwenden), könnte ich ein niedrigeres R und ein höheres C verwenden, um das Klingeln noch weiter zu reduzieren? Wenn ja, was sind geeignete Werte für R und C?

Schematische Darstellung des RC-Snubbers in ROT

Hast du einen Schaltplan?
Wenn Ihnen der Stromverbrauch egal ist, verwenden Sie einen Linearregler. Haben sie Referenzlayouts, denen Sie folgen können?
Wo wollen Sie den Dämpfer platzieren - zeigen Sie Ihre Schaltung.
Es ist sehr ungewöhnlich, ein Snubber-Netzwerk verwenden zu müssen, um diese Umschalter zu stabilisieren. Sind Sie sicher, dass Sie die richtigen Eingangs- (C1) und Ausgangskondensatoren (C2) haben? Sind sie niedrige ESR-Typen? Entspricht das Layout dem vom Hersteller empfohlenen?
Schaltplan habe ich angehängt. Ich habe mich fast genau an die Referenzanwendung gehalten. Ich verwende 0805-MLCC-Kondensatoren mit niedrigem ESR und empfohlene Teile. Das Layout ist fast identisch mit dem in der App-Notiz auf einer Leiterplatte vorgeschlagenen.
@AdamB kannst du eine Scope-Trace anhängen? Welche Belastung hast du am Ausgang?
185MHz? Es ist ein Messartefakt. Die Phänomene einer solchen Frequenz in DCDC sind das Schalten der Anstiegszeit, das Aufladen der Boost-Kappe usw. Wenn Sie sie wirklich sehen, ist das Layout wahrscheinlich schlecht oder Sie sehen tatsächlich Funkstörungen.
Zur Sicherheit bitte Oszilloskop-Screenshot posten. Und Sie müssen die Messung mit einem sehr kurzen Massekabel durchführen, nicht mehr als 1 cm. Wickeln Sie dazu einen Draht oder Lötzinn um Ihre Sonde und berühren Sie den Ausgangskondensator von beiden Seiten.
Das Anbringen eines Snubbers macht den Sinn der Verwendung eines Schaltreglers zunichte. Bist du sicher, dass es nicht 185 kHz sind?
Sehen Sie die 185-MHz-Komponente am Vout-Pin? Wird es auf einem Spektrumanalysator angezeigt (falls Sie einen haben)? Es gibt einige Formen von Messartefakten, die ähnliche Manifestationen haben.

Antworten (2)

Was die Snubber angeht...

Wenn Sie so viel Rauschleistung wie möglich absorbieren möchten, sollte C im Dämpfer groß genug sein, dass seine Impedanz nahe 0 und viel kleiner als R bei der interessierenden Frequenz ist. R sollte an die Impedanz der Rauschquelle angepasst werden, wenn Sie die maximale Leistung von dieser Quelle absorbieren möchten.

1/(2 * pi * 185MHz * 120pF) = 7,17 Ohm.

Ihr 7-Ohm-Widerstand ist also ungefähr optimal. Die einzige Verbesserung, die Sie möglicherweise am Snubber vornehmen können, besteht darin, den 270-pF-Kondensator zu erhöhen. Aber seien Sie vorsichtig, dass die Resonanzfrequenz des neuen Kondensators um ein Vielfaches größer ist als Ihre 185-MHz-Rauschfrequenz.

Allgemein...

800 mV Welligkeit scheinen meiner Meinung nach übertrieben. Wenn Sie am Ausgang des Reglers genügend Kapazität haben, sollten Sie zunächst nicht so viel Welligkeit sehen. Ich würde versuchen, mehr Keramikkondensatoren am Ausgang des Reglers hinzuzufügen.

Wenn dies nicht ausreicht, würde ein Tiefpassfilter bestehend aus einer 10-nH-Induktivität, einem 10-uF-Kondensator und einem 63-mOhm-Widerstand einen Tiefpassfilter zweiter Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 3,16 MHz bilden. Dies sollte im Wesentlichen Ihr gesamtes Rauschen bei 185 MHz eliminieren. Stellen Sie beim Entwerfen des Filters sicher, dass R > SQRT (4 * L / C) ist, um ein Klingeln zu verhindern, und stellen Sie sicher, dass C eine ausreichend hohe Arbeitsfrequenz hat (oder verwenden Sie mehrere Kondensatoren parallel, um das zu erhalten, was Sie benötigen).

Jedes Klingeln auf der geschalteten Leitung ist auf die Induktivität und die parasitäre Kapazität zurückzuführen, und der Hauptschuldige der parasitären Kapazität ist der MOSFET im AP3211-Chip. Es kann eine Source-Drain-Kapazität von 100 pF haben, und wenn die Schaltung des Geräts geöffnet wird (jeder Zyklus), schwingt der Induktor (4,7 uH) mit dieser Kapazität mit. Die Resonanzfrequenz beträgt (unter Verwendung von 100 pF und 4,7 uH): -

1 2 π L C = 7,3 MHz, also nicht annähernd 185 MHz.

Eine Resonanzspitze bei 185 MHz zu erhalten bedeutet, dass die interne parasitäre Kapazität winzige 0,2 pF beträgt (und das ist höchst unwahrscheinlich).

Im Grunde ist meine Antwort, Ihre Beobachtungen über das, was Sie gesehen oder gemessen haben, zu verwässern. Ich werde auch hinzufügen, dass es sinnlos ist, einen Dämpfer an der von Ihnen vorgeschlagenen Stelle zu platzieren, da dies den ganzen Sinn eines Schaltreglers zunichte macht.

Die Induktivität, die bei Schaltwandlern Flankenschwingen verursacht, ist normalerweise die parasitäre Schleifeninduktivität durch die Schaltschleife und die Stromversorgung (z. B. D1, AP3211 MOSFET, C1). Normalerweise liegt dieser im nH-Bereich, und 6,2 nH passen etwas besser zu den Zahlen und Erwartungen.
@ W5VO nicht wahr - die Spule schwingt mit der Mosfet-Kapazität mit, wenn die verbleibende Induktorenergie keine Spannung mehr erzeugen kann, die niedrig genug ist, um die Rücklaufdiode zum Leiten zu bringen. Ab diesem Zeitpunkt klingelt es aufgrund dieser Komponenten, bis der Mosfet wieder einschaltet.
Wir wissen nicht, wie die Lastbedingungen sind (und wir haben auch keine Oszilloskopbilder), was es schwierig macht, mit Sicherheit zu sagen, was passiert. Das Datenblatt des AP3211 erwähnt den Betrieb im diskontinuierlichen Modus oder den Betrieb mit niedrigem Strom im Allgemeinen nicht. Wenn Sie richtig liegen, tritt dieses Problem nur bei leichten Lasten auf. Andernfalls würde es mit höherem Induktorstrom schlimmer werden.
Es könnte zwar sicherlich ein Messartefakt oder -fehler sein, und ich stimme Ihrer Einschätzung zu, dass Sie bei einer 4,7-µH-Induktivität nicht annähernd 185 MHz erreichen werden. Ich glaube auch, dass es andere Resonanzschleifen in der Schaltung gibt, und unter den richtigen Umständen können sie aktiv werden.
@Andyaka, wenn es sinnlos ist, einen Snubber dort einzusetzen, wo ich vorschlage, warum wird er dann hier diskutiert: fairchildsemi.com/application-notes/AN/AN-4162.pdf
@adamb das ist ein Artikel über synchrone Abwärtsregler. Das Gerät in Ihrer Frage ist nicht synchron. Zeit, Coping-Aufnahmen zu posten, damit dies auf die eine oder andere Weise bewiesen werden kann.
@Andyaka Während der Artikel möglicherweise Synchronwandler enthält, ist das darin beobachtete Klingeln ein Produkt von schnellem Schalten und parasitären Induktivitäten. Wenn man bedenkt, dass eine Schottky-Diode zusammen mit einem Wandler verwendet wurde, der bei 1,4 MHz schaltet, wäre ich nicht überrascht, ähnliche Spannungswellenformen zu sehen.
@W5VO Der Op muss Scope-Aufnahmen posten, damit dies geklärt werden kann. In dem verlinkten Artikel geht es sicherlich um das Einschalten des oberen FET und das damit verbundene Klingeln, aber bei all dem Hoo-ha, wer weiß, was wirklich gemessen wurde und wie die Wellenform aussieht.