使用集成鐵氧體磁珠補償降低DC/DC轉(zhuǎn)換器中的噪聲

德州儀器（TI）公司推出的低噪聲DC / DC的一個新的家庭開關(guān)變換器與集成鐵氧體-珠補償。新型 TPS62912 和 TPS62913 解決方案為 100 Hz 至 100 kHz 的頻率提供 20 μVRMS 的低噪聲，從而能夠從其設計中去除一個或多個低壓降穩(wěn)壓器 (LDO)。TI 系統(tǒng)工程師 Steve Schnier 在接受采訪時表示，這些新解決方案如何將功率損耗降低多達 76%，并節(jié)省 36% 的電路板空間。

每個DC/DC 轉(zhuǎn)換器以其開關(guān)頻率在輸出電壓中產(chǎn)生紋波。頻譜中的頻率脈沖必須最小化，這通常取決于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率、電感值、輸出電容、等效串聯(lián)電阻和等效串聯(lián)電感。為了衰減這些組件的紋波，工程師通常使用 LDO 和/或小鐵氧體磁珠和電容器來創(chuàng)建 pi 濾波器，以最大限度地減少負載紋波。

TPS62913 可降低噪聲、紋波、尺寸和功率損耗——所有這些都是設計人員需要考慮的重要因素。“我們正在積極聽取客戶關(guān)于他們的噪聲和紋波要求的意見，并使用這些信息來確定下一個要解決的挑戰(zhàn)，”Schnier 說。

電源噪聲

隨著直流 (DC) 電源調(diào)節(jié)規(guī)范變得越來越嚴格，對配電網(wǎng)絡中的紋波、噪聲和開關(guān)瞬態(tài)分量等信號完整性參數(shù)的測量變得越來越重要。

電源噪聲是許多精密應用中的主要設計挑戰(zhàn)。高精度系統(tǒng)需要低噪聲和低紋波電源軌以保持信號精度和完整性。傳統(tǒng)的電源架構(gòu)包括一個 DC/DC 轉(zhuǎn)換器；低噪聲 LDO 和片外濾波器，例如鐵氧體磁珠。

“用于噪聲敏感電源軌的片外濾波器（鐵氧體磁珠加電容器）的作用是過濾輸出電壓紋波，在這種情況下將紋波降低約 30 dB，”Schnier 說。

該鐵氧體的集成提供了一種高頻噪聲濾波器，可將電源輸出電壓的紋波降低約 30 dB。

“當使用沒有集成補償?shù)蔫F氧體磁珠濾波器時，可能會導致穩(wěn)定性和負載調(diào)節(jié)問題。在 TPS62913 中，高頻反饋路徑的電壓輸出檢測 (VO) 引腳放置在鐵氧體磁珠之前，遠程檢測反饋放置在鐵氧體磁珠之后，以完成低頻反饋，確保穩(wěn)定調(diào)節(jié) 1%具有低輸出電壓紋波的電壓精度，”Schnier 說。

這兩種解決方案都允許使用擴頻頻率調(diào)制來進一步衰減射頻脈沖并允許與外部時鐘同步，因此工程師可以輕松滿足他們的信噪比 (SNR) 和雜散動態(tài)范圍 (SFDR) 目標，這些目標是在醫(yī)學成像或雷達等應用中至關(guān)重要（圖 1-2）。

圖 1：使用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器、LDO 和鐵氧體磁珠濾波器的典型低噪聲架構(gòu)（來源：德州儀器）

圖 2：鐵氧體磁珠濾波器之前的輸出電壓紋波 (a)；和鐵氧體磁珠濾波器之后 (b)（來源：德州儀器）

效率與損失

在電源設計中一直尋求效率和噪聲之間的折衷。使用開關(guān)穩(wěn)壓器會產(chǎn)生過多的噪聲，而額外使用 LDO 會導致高電流負載的效率損失。正如 Schnier 指出的那樣，TI 提供的解決方案使工程師能夠在沒有 LDO 的情況下設計噪聲過濾，將模擬前端 (AFE) 設計中的功率損耗降低多達 76% – 1.8 W。

集成鐵氧體磁珠補償還消除了電容器和其他無源元件，以最大限度地減少整體電路 BOM。電感電容 (LC) 濾波器通常用于開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的輸入和輸出，以減少輸出紋波和輸出噪聲。

不同應用所需的噪聲水平各不相同，因此根據(jù)所需的性能，您需要了解適合您項目的最佳低噪聲架構(gòu)。為了減少功率損耗和項目的整體占用空間，低噪聲降壓轉(zhuǎn)換器被證明是一個很好的解決方案。

審核編輯：郭婷