干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?

Buck電路開關(guān)電源的輸入電容應(yīng)?該選多大?可以參考這個(gè)電容的容值計(jì)算過(guò)程,電容容值與紋波(三角波)的幅值的換算關(guān)系。有的小伙伴表示:說(shuō)了什么,又好像什么都沒說(shuō)。
干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖1
嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐茖?dǎo)這個(gè)公式,但是好像指導(dǎo)實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中并沒有用到這個(gè)公式,這是咋回事?只是因?yàn)槲覀兌际荂trl+C,Ctrl+V這樣繪制電路圖的原因,所以才沒有計(jì)算的么?

其實(shí),有更深層次的原因:
1、在電源輸入的平面會(huì)有很多的電容:
    a.上一級(jí)電源的輸出電容。
    b.其他平行的電源的輸入電容,可以相互幫襯。
    c.電源平面與地平面之間的平行耦合,形成平面電容器(容值比較小)
這些電容都會(huì)對(duì)這個(gè)紋波進(jìn)行抑制,但是離得越遠(yuǎn),抑制效果越差。

2、這個(gè)紋波大一些,如果不是非常大的話,不會(huì)影響電源的正常輸入。如果這個(gè)紋波不是大到導(dǎo)致輸入電壓達(dá)到UVLO(under voltage lock out,欠壓鎖定),不會(huì)導(dǎo)致電源下電的話,則輸出基本上會(huì)正常。如果紋波特別大,導(dǎo)致觸發(fā)UVLO,則會(huì)引起電源輸出關(guān)斷。但是這種情況一般很少出現(xiàn)。即使達(dá)不到UVLO,但是由于電源內(nèi)部的一些電路(包括模擬電路和數(shù)字電路)都是由Vin進(jìn)行供電,這個(gè)電源也需要穩(wěn)定,才能保證內(nèi)部的邏輯和一些比較器正常工作。
干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖2

但是電源芯片廠家并沒有給出一個(gè)明確的指標(biāo),往往都是給一個(gè)推薦的輸入電容要求。

干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖3

3、電容的寄生電感 產(chǎn)生的尖刺對(duì)Vin的影響,會(huì)更難濾除(頻率更高),并且其可能產(chǎn)生的幅度會(huì)更大。所以能有效的抑制ESL,有時(shí)比足夠大的C更重要。
干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖4

那么,我們是不是可以忽略開關(guān)電源輸入端的紋波呢?不是的。

開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大的話,會(huì)導(dǎo)致一些危害。

1、紋波過(guò)大,即使不影響本電源自己的工作,但是會(huì)通過(guò)輻射或者傳導(dǎo),影響其他電路的正常工作。

案例:PCIe4X  變 1X。一個(gè)PCIeX4有時(shí)會(huì)編程X1,不穩(wěn)定工作。通過(guò)分析和觀察,PCIe 11 lane 離12V電源平面過(guò)近,耦合到噪聲導(dǎo)致掉為1X或者os下掉盤。

干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖5

案例2 SAS眼圖收干擾,掉盤。 在SATA控制器e端側(cè)的硬盤發(fā)的眼圖, 眼圖很差,眼睛完全沒睜開

干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖6

根因分析: 12V上的開關(guān)紋波耦合到了1V1平面。

干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖7

本板的處理器為X86處理器。X86處理的core電壓為符合規(guī)范的VID電源。VID電源的電流比較大,由12V電源經(jīng)過(guò)DCDC而產(chǎn)生。而這個(gè)VID電源的MOS管的開關(guān)噪聲影響了前級(jí)的輸入12V。所有的DCDC輸入都是這個(gè)12V的電源網(wǎng)絡(luò),所以這個(gè)開關(guān)電源反復(fù)開關(guān)產(chǎn)生的很大的對(duì)外的干擾。而1.1V的相鄰的電源平面為12V,12V上的干擾耦合到了1.1V平面。

2、如果同級(jí)電源有“線性電源”,可能會(huì)傳遞到“線性電源”的輸出端。
干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖8
3、不論電容的容值是否能夠滿足紋波電壓的要求,電容上都有大的紋波電流。

干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖9
輸入濾波電容的GND與其他敏感器件的GND共地,導(dǎo)致紋波直接傳導(dǎo)到敏感芯片,導(dǎo)致工作異常。通過(guò)單點(diǎn)接地,解決問題。

干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖10

4、Vin的紋波太大了,會(huì)導(dǎo)致:觸發(fā)UVLO、或者導(dǎo)致芯片內(nèi)部的組件工作異常。但這種情況,是紋波非常非常大的情況,比較少出現(xiàn)。

措施:
1、通過(guò)電感隔離紋波特別大的電源, DCDC電源輸入電感的作用是什么?
2、電容足夠大、ESR足夠小、ESL足夠小。 鋁固體電容(電容足夠大)+陶瓷電容(ESR足夠?。?陶瓷電容靠近輸入端放置, 電容上本身的ESL并不大,但是經(jīng)常會(huì)有因?yàn)檩斎腚娙葺^遠(yuǎn)或者地線較遠(yuǎn)引入 較大的ESL在輸入端引起較大的尖峰,導(dǎo)致芯片供電異常或者芯片MOSFET過(guò)壓擊穿。 所以輸入電容的PCB布放,需要靠近輸入端的兩個(gè)管腳。

干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖11

3、易受干擾器件與輸入電容遠(yuǎn)離,或者單點(diǎn)接地

干貨|開關(guān)電源的輸入電容紋波過(guò)大,有什么危害?的圖12

登錄后免費(fèi)查看全文
立即登錄
App下載
技術(shù)鄰APP
工程師必備
  • 項(xiàng)目客服
  • 培訓(xùn)客服
  • 平臺(tái)客服

TOP