使用3端子濾波器解決DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入線噪聲的對策

前言

近年來隨著開關(guān)頻率的高頻化發(fā)展，DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)速度日益高速化，基板和IC內(nèi)部的布線所具有的電感和寄生電容由于輸入電流的急劇變化會產(chǎn)生共振，從而產(chǎn)生高頻噪聲。 這種高頻噪聲會傳導(dǎo)至外部電路，導(dǎo)致裝置異常動作。

本期推文針對DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入側(cè)產(chǎn)生的噪聲，介紹了使用3端子濾波器 (電源線用貫通濾波器) 的噪聲對策實例。 3端子濾波器具有低ESL特性，在噪聲對策中可發(fā)揮優(yōu)異的噪聲抑制效果。

輸入濾波器—基本配置

DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入線由于開關(guān)時由基本頻率構(gòu)成的N次諧波和開關(guān)噪聲引起的輸入電壓變動而產(chǎn)生較大的噪聲,此噪聲有共模和正常 (差分) 模式兩種，需要根據(jù)噪聲模式選擇適當(dāng)?shù)牟考?/p>

如圖1所示，在正常模式噪聲對策中，作為設(shè)計初期階段最好采用可配置由電容器和電感器組成的C+L+C的π型濾波器的模式配置。 此外，在共模噪聲對策中，共模濾波器 (CMF) 很有效。

圖1：濾波器配置示例

關(guān)于正常(差分)模式噪聲和共模噪聲

傳導(dǎo)噪聲有正常 (差分) 模式噪聲和共模噪聲兩種，正常模式噪聲發(fā)生在電路線之間并逆相流動，共模噪聲發(fā)生在電路線和GND之間并同相流動。 采取噪聲對策時，需要確認(rèn)是在哪個模式下發(fā)生的，并使用適當(dāng)?shù)膶Σ卟考?針對正常模式噪聲使用電感器和電容器，共模噪聲則使用共模濾波器。

流過電路線路的噪聲(在線路中逆相流動)

圖2：傳導(dǎo)噪聲的傳導(dǎo)方式：正常模式*

流過框架地線的噪聲(與線路同相流動)

圖3：傳導(dǎo)噪聲的傳導(dǎo)方式：共模

各濾波器配置的噪聲抑制效果驗證的條件

DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率變得高頻化時，F(xiàn)M頻帶的噪聲電平會隨之變大。 通常，π型濾波器的電容器使用2端子電容器，但通過搭載具有低ESL特性的3端子貫通濾波器，可以進(jìn)一步抑制噪聲。 本次則關(guān)于以下評估內(nèi)容，對3種配置的π型濾波器進(jìn)行比較驗證：

對于傳導(dǎo)噪聲電壓法，分為正常模式和共模，對濾波效果進(jìn)行比較驗證。

對于傳導(dǎo)噪聲電壓法，3種配置均作為共模對策，在搭載了本公司共模濾波器的狀態(tài)下進(jìn)行測定。

評估內(nèi)容

評估電路

通過模擬器進(jìn)行傳輸特性 (S21) 分析

圖4：π型濾波器的傳遞特性 (S21)

測量位置：3m消聲室

頻率：150kHz-108MHz

圖5：傳導(dǎo)噪聲電壓法

評估配置

各濾波器配置的噪聲抑制效果驗證結(jié)果

從各濾波器配置的噪聲抑制效果驗證結(jié)果來看，可知3端子濾波器 (貫通濾波器) 在高頻區(qū)域的衰減效果很強(qiáng)。

圖6：評估結(jié)果1) 包含π型濾波器的輸入線的傳遞特性 (S21)

一般情況下，噪聲等級在正常模式下高于共模。 在正常模式對策中，搭載了3端子貫通濾波器的π型濾波器對于包含F(xiàn)M頻帶在內(nèi)的廣泛頻帶的噪聲抑制非常有效。

正常模式

共模

共計(正常+共模)

總結(jié)

DC-DC轉(zhuǎn)換器由于開關(guān)高速化，通常會在輸入線上產(chǎn)生較大的高頻噪聲，因此很有必要采取高頻噪聲對策，特別是包含F(xiàn)M頻帶在內(nèi)的對策。 這種情況下，在采取噪聲對策時，區(qū)分正常模式和共模是很重要的，需要根據(jù)噪聲模式選擇適當(dāng)?shù)牟考?一般來說，DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入線產(chǎn)生的噪聲在正常模式下會高于共模，因此，我們建議配置在正常模式下比較有效的π型濾波器。 此外，π型濾波器中使用的電容器采用了3端子貫通濾波器，還將進(jìn)一步提高對高頻噪聲的抑制效果。

以上就是使用3端子濾波器 (電源線用貫通濾波器) 解決DC-DC轉(zhuǎn)換器輸入線噪聲的對策。