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[参考译文] UCC14241-Q1:该 IC 会在输入侧电压处产生高频噪声

Guru**** 2458550 points
Other Parts Discussed in Thread: UCC14141-Q1, UCC14241-Q1

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1544166/ucc14241-q1-this-ic-is-generating-high-frequency-noise-at-the-input-side-voltage

器件型号:UCC14241-Q1
主题中讨论的其他器件:UCC14141-Q1、

工具/软件:

你好

在我的设计中、我使用 UCC14241QDWNRQ1 从 24V 生成隔离式 15V 单电源。 我的设计工作正常、但在 24V 输入电压((–15MHz 频率)下会产生高频噪声。 这是已知问题吗?? 如何解决这个问题

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    如果电路中存在任何输入电感、请检查:

    L=μH μ H、CIN=μF μ H、Fres=?kHz

    将 F_INPUT_meas>~20kHz

    可闻噪声通常在低于 30kHz 的频率下出现。 如果听到可闻噪声、UCC14141-Q1 突发模式频率< 30kHz。 通常是由于在非常轻的负载或无负载下运行、和/或输出电容很高。

    为了降低可闻噪声、您需要通过以下方式将突发模式频率推至>30kHz:

    • 降低输出电容。  陶瓷电容器的选择很重要(如以下参考文献中所述)。 建议将高频去耦电容器尽可能靠近 IC 放置–这将降低大容量电容器的工作难度。  大容量 2.2uF 至 10uF 通常占据大部分低频能量。  较高的 ESR 有助于降低噪声、可以并联添加电解电容器以提供帮助。 请先在输入端尝试此操作。  一个电解电容器可用于多个隔离式偏置。  
    • 通过使用泄放电阻器或降低反馈电阻值来增加负载(注意:这会“浪费“功耗)

    Steve

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    我没有观察到任何可闻噪声。 我会附上基准和电路的噪声波形。 在输入端没有使用任何电感器或滤波器。 您在电源输入端是否有任何推荐的滤波器?

    单一接地

    我们尝试增加额外负载、但会在输入端增加更多噪声

    24V 输入时的噪声

    除了上面的电路之外、负载中还添加了额外的 90uF 电容器。 当您提到输出电容很高时、您是否有任何最大建议输出电容值?

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    我对错误地将可闻噪音送至您身边表示歉意。 输入端的 10 –15MHz 是开关频率。 从波形可以看出、突发数据包之间的信号很有趣(看起来不稳定)。 VIN=24V 的来源是什么、与 UCC14241-Q1 作为负载相比、HO 作为独立转换器的行为是什么? 我建议 在 VIN 直接连接到直流实验室电源的情况下测试 UCC14241-Q1 并进行比较? 此外、原理图中的输入电容器和输出电容器会怎么样、它们在 PCB 上的放置方式如何。 请注意 UCC14241 数据表的第 12.5 节中的 PCB 布局指南。 特别是、有关输入和输出电容器放置的注释如下复制/粘贴:

    此致、

    Steve

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    您好 Steve

    我们使用了直流实验室电源来提供 24V 输入电源。 附加到 PCB 布局下方

    我们已经按照数据表中的说明进行了操作。 请检查所附的布局捕捉。 如果您有任何改进建议、请告诉我

    此致

    昆丹

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    PCB 布局看起来不错。 是否将测量的输入纹波电压与 EVM 进行了比较? 下面是我今天上午进行的一些 UCC14240 测量:

    通道 1(黄色):交流输入电压纹波

    CH2(红色):交流输入电流

    VIN=24V、POUT-POUT=20V VEE、VDD = 0.5W

    VIN=24V、POUT-POUT=20V、VDD = VEE

    VIN=24V、POUT-POUT=20V、VDD = VEE

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    输入电源也有类似的纹波。 这种纹波看起来非常高 、因为我们使用相同的 24V 来为另一个电路供电。 您是否针对此方法或任何其他方法来 衰减此纹波的推荐滤波器?

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    似乎您所描述的与 PCB 布局更相关。 如果输入纹波在一个位置与另一个位置不同、这意味着输入阻抗在某种程度上不同。 检查在一个位置测得的纹波与在另一个位置测得的纹波有何不同。

    在讨论纹波衰减时、需要考虑一些不同的频率分量。 突发模式载波频率~50kHz、OPP(过功率保护)频率~800kHz(随着 VIN 的降低而降低)、转换器开关频率为 10MHz < Fsw < 16MHz(与输入电压成反比变化)。 确定这些频率对于降低 EMI 非常重要、因此您可以轻松设计 LC DM 滤波器来降低 50kHz 载波、这将减少整体峰峰值纹波。 根据您在此 E2E 中所附的原始示波器图像、似乎您已经很好地降低了载波频率。 降低由开关频率引起的峰峰值电压并不那么容易、需要努力引入 CMC 并仔细进行 PCB 布局。 目标是什么?系统中的输入纹波是什么问题?

    Steve

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    我们使用同一个 24V 电源为模拟电路供电、尽管我们没有观察到任何即时问题、但我们仍会担心可能的纹波或开关噪声会干扰敏感的模拟信号。 噪声似乎在整个电路板上传播、可能是由于与其他数字和电源电路共用 24V 线路。 虽然我们尚未对所有电路进行全面测试、但我们预计可能会对模拟性能产生影响。

    相比之下、我们以前使用过 XP Power IHL0224S15 模块、但没有出现此类行为。

    通常预计开关电源可能会在其输出端引入噪声、但在输入端不会引入噪声。 但是、在本例中、我们观察到了输入侧噪声。 您能否阐明为什么数据表或任何相关的筛选建议中未记录此问题?

    如果解决此问题需要在输入端设计共模扼流圈 (CMC) 滤波器、我们更倾向于考虑不需要额外输入滤波的其他电源选项、例如 XP Power 或 Traco Power 的电源选项。

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    转换器、控制器、变压器驱动器和模块... TI 在我们的产品中提供了所有这些功能。 您的目标是什么? 最小尺寸、最低成本、最低噪声、最高效率、最高系统可靠性、 电压调节精度、高功率密度? 产生偏置电压的选项有很多、务必要了解每种电压的差异和权衡因素。  IHL0224S15 以及其他类似的转换器通常使用针对~1-2W 偏置进行优化并封装在模制 SIP 中的低功耗反激式转换器。 反激式转换器具有脉冲输出电流、而降压衍生拓扑具有脉冲输入电流、这就是某些隔离式模块在输入侧会产生更多噪声、而其他模块在输出侧会产生更多噪声的原因。   

    与所有其他选项相比、UCC14241-Q1 是一种独特的偏置模块类型、尤其是与反激式 SIP 模块相比。 UCC14241-Q1 是一款基于 IC 的模块、具有集成控制、隔离、反馈和专有变压器 、因此是同类产品中具有超高功率密度的偏置模块。 能否将变压器减小到 IC 级别尺寸取决于以极高频率运行、这会引入与频率相关的更高潜在开关损耗。 UCC14241-Q1 使用独特的控制算法来尽可能平衡损耗、效率、热、功率密度和 EMI、但它的效率不会与 y kHz 的反激式开关或 LLC 驱动器的低 EMI 相同。

    由于 UCC14241-Q1 在如此高的频率下运行、因此 CMC 和任何无源滤波器元件比反激式模块所需的元件要小得多。 因此、为了满足 EMI 要求、UCC14241-Q1 在 z-MHz 下运行所需的 CMC 尺寸比在 ykHz 下运行的反激式器件更小。 下面显示了一个有效 CMC (3.2mm x 2.5mm x 2.5mm) 示例:

    如果您需要关注绝对超低噪声、另一个偏置选项是 LLC 变压器驱动器、 例如 UCC25800-Q1。 该器件有一系列折衷方案、但由于它以正弦方式处理电源(而不是脉冲式)并提供 ZVS/ZCS、因此谐波含量和开关噪声较低。

    到目前为止、我还没有听说您提到由 UCC14241-Q1 的输入纹波引起的任何特定问题、但您有一个有效的观点、那就是担心纹波看起来与您使用 IHL0224S15 时看到的纹波不同。 我们希望 TI 拥有完善的支持系统(应用手册,仿真工具,参考设计,EVM、用户指南、 UCC14241-Q1 和许多其他正在开发的 IIB(集成隔离偏置)产品具有隔离证书、EMI 报告)。 IIB 模块越来越受欢迎、用于许多汽车、工业、医疗和航空航天应用。  

    Steve