[参考译文] TPS54394：TPS54394纹波和噪声

请在此处查看此原理图： https://imgur.com/a/EGr53ki

它仍然不完整、反馈和其他事项仍然没有完成... 但是、主电路几乎是完整的。

请参阅我的输入滤波和输出滤波。 现在、输出电容器是5x10uF 1206 Lelon 陶瓷电容器、后跟后置滤波器。 后置滤波器为33uH 电感器+ 2x10uF 陶瓷+铁氧体磁珠+ 47uF 电解电容器+ 100nF 小型0402陶瓷电容器。

虽然您看到输入滤波很重、但这是为了确保不会出现任何故障。 对于 CMC 和之前的其他设备、我认为输入端不应存在噪声或纹波、这意味着输出端的纹波\Noise 将显著减少。

我能否通过该方法实现小于10mvp-p 的纹波？

您好、Hossam、

我将对此进行回顾、并返回给您。 在任何情况下、输入和输出端似乎有大量滤波、强烈建议使用 EVM 或构建评估板来确认这是否实现了您所期望的10mV 或更低纹波。 我还建议查看 TPS62913、它专为低噪声和低纹波而设计。

谢谢、

模块

您好、Amod、

实际上、我构建了 TPS62913电路板并制作了具有大量滤波的最终版本、但该 IC 的交货周期太短了。 再加上价格不是很友好 因此、我使用了 TPS54394。

我将使用此电路构建一个电路板、以进行验证、然后确定构建大规模生产。 我不会购买 EVM、因为我可以构建自己的电路。

我的兴趣是对我的问题的详细回答。 此外、输出电容限制... 我的电流电容是否足够好或应该更低？

此外、大的33uH 后置滤波器、我想它不会影响稳压器稳定性、但在任何情况下、它之后的电容仍然被视为总输出电容的一部分、对吧？

我想输入电容可以是任何大值... 这样做始终能有效地消除开关中对高 PSRR 的需求。

我问的另一个重要问题是、是否可以使用4.7uH 作为3.3V 和5V 的主开关电感器？ 让我们假设我要使用33uH 而不是4.7作为主滤波电感器... 可以这样做吗？ 或者、它会影响稳定性、而我们更愿意使用较小的值吗？

最后、为了整合器件、我将对 vreg5使用10uF 1206陶瓷电容器、而不是1uF 电容器、我认为这是可以的吗？ 除非我只能使用100nF 0402离开。

以获得您的帮助

你好

1输出电容：

因此、第一级必须< 68uF、必须从中获取反馈。 但是、我可以放置更多的二级滤波器、例如采用2x10uF 陶瓷的33uH 电感器和采用铁氧体磁珠的1x47uF 电容器...对吧？ 它不会影响稳定性、对吧？

请在此处查看原理图(不完整、但显示了滤波阶段)： https://imgur.com/a/EGr53ki

有什么建议吗？

你(们)好

Amod 将在下星期一回复您！

Shuai

你好

-我希望巨大的电感器和电容器能够尽可能地消除所有纹波和噪声。 您建议哪些值是合理的、但仍可以将纹波和噪声降低到10mvp-p 以上？ 大 L 和 C 适用于中频、铁氧体磁珠适用于高频滤波。 我还看到一些专家也建议在输入端采用此类设置、因为我的12v 输入将会产生噪声。

您能在评估板上测试类似的情况吗？ 这对我来说是完美的、因为我不想获得评估板、而是构建我自己的原型... 让您在自己的一侧测试它将帮助我弄清很多！

-如果 vreg5只是一个稳定性电容最小为1uF 的线性稳压器、那么为什么不使用10uF 或22uF 呢？ 它不应影响它。 请验证我是否可以使用此类值。

我的应用是反向游戏控制台(最大约22瓦)，它具有相当恒定的负载，不是太瞬态等。

谢谢！

您好、Hossam、

这是我最初的想法、但遗憾的是、我没有一个方便使用的 EVM。 我需要订购它并使用与您的组件类似的组件进行测试。 相反、我建议订购 EVM 并使用您的精确滤波组件进行测试(有关铁氧体磁珠的详细信息、请参阅下文)。

我之前没有问过、但重要的一点是、如果您在更轻的负载下或仅在更高的电流电平下寻找小于10mV 的纹波？ 该器件会在较轻的电流下进入 PFM 运行模式、即使您安装了第二级 LC 滤波器、这也会显著增加输出纹波、因为 PFM 中的开关频率会随着电流的降低而降低。 请告诉我这一要求。

如果您仅希望在器件以 PWM 模式运行时降低较高电流下的纹波、那么您可能只需在初始5x10uF 第一级输出电容器之后使用铁氧体磁珠和额外的22uF 电容器即可获得<10mV 的纹波。 例如： https://www.ti.com/lit/an/slva549/slva549.pdf 事实上、您可以使用相同的铁氧体磁珠、因为滤波器特性在 PWM 运行的开关频率下衰减最大、该频率应在600kHz-700kHz 范围内。

但是、如果您希望在器件以 PFM 模式运行时即使在低电流下也能衰减纹波、我建议在5X10uF 输出电容器之后的输出端使用 LDO、因为无论 TPS54394中的 PFM/PWM 运行情况如何、LDO 都会在整个电流范围内衰减纹波。 此选项也显示在上面链接的应用手册 I 中。 请看一下、尝试一款包含您最终将使用的确切组件的 EVM。

我已使用此设计进行检查、VREG5电容限制为1uF。 添加额外的电容器实际上可能会使 LDO 不稳定、并会影响栅极驱动电路的行为。 因此、我建议坚持数据表中建议的1uF 值。

谢谢、

模块

你好

请检查更新的原理图： https://imgur.com/a/uG1DFf6  ->右键单击并在新选项卡中打开

现在、我使用了22uF 1206电容器、而不是10uF 电容器、仅在33uF 电感器之前的反馈电阻器前3个。 此外、替换了大型电气。 带有1206 22uF 陶瓷电容器的电容器、可节省空间并提供更好的选择。

我想知道是否将额外的滤波级及其电容器视为最大68uF 电容限值的一部分？ 请检查我的原理图并参阅。 反馈点之后：33uF 电感器-> 1x22uF 电容器-> FB -> 2x22uF 电容器+ 1x100nF 电容器。 这是我的第2级滤波、应消除低频和高频噪声、并使信号尽可能平坦。 这是否会产生任何负面影响？

3.3V 电压轨始终为2.5-3安培、因此它不会达到低负载状态、而5V 电压较低、可能最高为500mA、但不会低于200-300mA。 对于33uH 电感器和其他第二级滤波、对于较低的开关频率和较高的频率范围应该是可以的。 对吧？ 使用 LDO 或任何线性稳压器是不可的、因为它会产生大量热量、我不需要任何散热器。 TPS54394是我要获得的唯一 IC。

我现在只想为 vreg5使用1uF 的电容器。

首先、我们需要查看所选的原理图和元件值是否正常、然后我将发布布局图等...

请检查并返回给我。

谢谢

我检查了仿真、第二级滤波应该能够减少纹波。 由于电容的容差和直流偏置特性导致电容值发生变化、因此需要使用确切的组件检查10mV 或更低电压。 如果您可以分享确切的器件型号、我可以尝试一些最坏情况的型号。 请告诉我。

FB 引脚必须连接到33uH 电感器之前的3x22uF 电容器。 由于33uH 电感器上的 IR 压降、该第二级滤波器输出将略低于第一级稳压电压、您可以通过更改 FB 电阻器来设计更高的 VOUT 来补偿该电压降-这可以在您的评估板上进行调整。 如果负载电流足够低、导致 PFM 运行、则第二级滤波将无效。 在给定条件下、您似乎主要在 PWM 模式下运行。 此外、您不会预计任何输出电流突然变化。 因此、我认为第二阶段应该是好的。 此外、只要组件在评估板上的占用空间相同、您就可以对其进行调整以提高性能。  

此外、LDO 建议还可使您获得极低的噪声和纹波。 在本例中、Vin 和 Vout 将非常接近。 基本上、LDO 的效率非常高、损耗极低、因此发热不应成为主要问题。

谢谢、

模块  

你好

到目前为止、我的器件如下：

22uF 陶瓷：

 https://lcsc.com/product-detail/Multilayer-Ceramic-Capacitors-MLCC-SMD-SMT_SAMSUNG_CL31A226KAHNNNE_22uF-226-10-25V_C12891.html

33uH L： https://lcsc.com/product-detail/Power-Inductors_Sunlord-MWSA1004S-330MT_C408490.html

4.7uH L 对于开关：

https://lcsc.com/product-detail/Power-Inductors_CENKER-CKST0603-4-7uH-M_C3002636.html

或这个： https://lcsc.com/product-detail/Power-Inductors_PSA-Prosperity-Dielectrics-MCS0630-4R7MPY1_C2937097.html

那么、我应该使它看起来像3.335v 来进行补偿、而不是3.3V？

谢谢

好的，我将使用这些组件检查模拟，然后返回给您。  

Vout 值稍高时为是。 您可以调整反馈电阻器、使其刚好位于评估板上  

谢谢

模块  

你好

感谢您的帮助、我将很快开始制作原型板、并在此与您分享布局。

但是、我想查看您的仿真结果、例如最终输出纹波和噪声。

此外、您使用什么软件？

谢谢

你好

我将下载它、现在我发送了请求。

同时、您能否发布最终纹波和噪声的仿真结果.jpeg 或.png？ 假设输入纹波数值不同、例如200mV 和100mV p-p

谢谢

请在 此处查看布局图：https://imgur.com/a/yUvfFAk

我需要做什么修改才能最好地优化它？

在您的最新仿真中、我还注意到第二级后的压降约为200mV、这是否真实？ 我是说我不应该输入3.35v 来实现3.30v、而应该输入3.5V 吗？ 如何确定？ 很难使用小型 SMD 电阻器、然后对其进行去除、以此类推进行测试。

谢谢

我将检查布局并返回任何反馈。 是的、第一级到第二级的压降可能很高、具体取决于电感器寄生效应、在本例中为92m Ω。 在评估板上进行评估时、您可以调整反馈电阻器。 基本上、流经输出的最大电流和第二级电感器的 DCR 变化将决定需要补偿的压降。

谢谢、

模块

您好！

感谢您的出色帮助、我将会等您的到来。

对于3安培和0.1最差的转换电感器电阻、总最大压降大于0.3V。 意味着3.6V 应该足够了？ 这适用于满载条件下的3.3V 电压轨... 当负载降低了2安培而不是3安培时、或者在启动时、会怎么样？  

对于5V 电压轨、最大电流为500mA -> 0.5A * 0.1R = 0.05V、这意味着我可以将其设置为5.07V 左右、不会造成伤害。；

基于这种3.3V 电源轨过压的潜在风险和不确定性、您对第二级有何建议？ 我希望总纹波和噪声小于10mV p-p、那么、如果没有这种巨大的二级电感器、是否有办法实现这一点？ 因为我们之前得出的结论是、在33uH 电感器之后获得反馈就非常糟糕。

以获得您的帮助。

编辑：

我发现这个10uH 电感器可以替代33uH 电感器： https://lcsc.com/product-detail/Power-Inductors_Sunltech-Tech-SLP1265S100MTT_C254891.html

它的 DCR 为20mO、而不是92mO、因此3安* 0.02欧姆= 0.06v ->因此3.36v 应提供3.3V 电压、将其设置为3.37也是一个不错的选择。

您能使用这个新的 L +在我放置时放置所有电容器来重新进行仿真吗？ 我仍然对如何使用此类仿真软件感到困惑。

此致

如果铁氧体磁珠解决方案能够提供与大电感器相似的结果、我喜欢它、主要小于10mV p-p 的纹波和噪声。

因此、根据该解决方案、我可以使用具有 X7R 1206电容器的相同铁氧体磁珠。 由于最大输出电容器限制为68uF、我们该怎么做？

例如、我是否应该使用4个10uF 1206电容器、然后在它们后面有反馈、然后连接 FB、然后在它将2个10uF 电容器+ 1uF 电容器+ 100nF 电容器作为最终输出电容器后？

或者、我能否仅使用68uF 作为输出电容器并在其后面获取反馈、然后将铁氧体+ 2x10uF (或2x22uF)输出电容器作为独立级放置、而不受最大输出电容限制的约束？

请提出您的意见。

我将在周末试用这款模拟器、同时也非常感谢您的测试。

谢谢  

您可以在第一级 Cout 上继续使用3x22uF。 然后、您可以尝试使用铁氧体磁珠而不是电感器、之后您可以添加一个2x22uF 或3x22uF、就像您已经拥有的那样。 反馈仍将从第一级的输出抽头。 但是、由于铁氧体磁珠的 DCR 远小于电感器、因此从第一级到第二级的压降也应小得多。 我还没有查看您的布局、并将向您提供有关该布局的反馈。

谢谢、

模块

尊敬的 Amod：

那么、我所理解的是、68uF 的最大电容限值仅适用于第一级？ 因此、我可以在第二阶段(在合理范围内)添加尽可能多的内容、对吧？

我决定使用10uF 1206、因为我发现非常便宜可靠的 X7R、我发现最好的1206 22uF 是 X5R。。。 全部都是 LCSC 三星品牌。

因此、在第一级、我得到总计为70uF 的7x10uF 1206 X7R 电容器、接近68uF 限制、并且由于所有电容器都是陶瓷电容器、因此直流偏置会使总有效电容器小于68uF、因此这是安全的。

然后、我添加具有相同1206 10uF 电容器的铁氧体磁珠... 5个电容器、如果可能、甚至更多。 加上一些小电容器、如这里和这里的1uF 和100nF。

这是我想要的10uF 1206 X7R： lcsc.com/.../Multilayer-Ceramic-Capacitors-MLCC-SMD-SMT_Samsung-Electro-Mechanics-CL31B106KAHNNNE_C14860.html

这是否正常、不会导致任何稳定性问题？

您好！

请在此处查看新的布局格式： https://imgur.com/a/Dvxdkqq

我以另一种方式排列了电容器、以调整电路板的形状和格式。 它确实符合布局说明中的原则。

你怎么看？

您是否还计划在布局上进行 VIN、VOUT、SW、GND 平面布线？ 也许您可以显示主平面和布线的布线。 组件放置通常是可以的、但参考引用标识符看起来与您共享的原理图不同。 我会尝试使 FB3远离电感器 L7、以减少铁氧体磁珠返回电感器的噪声拾取。 如果可能、您可以尝试像 FB2那样放置它、使其远离电感器 L3。

是的、此电容分布应该可以。 确保点击第一级电容器输出的反馈。

您好！

那么、电容器放置是否正常？ 这很好、因为如果不是、我需要返回使用22uF 电容器。 我一定会从第1阶段结束时挑选反馈。

组件标识符会发生变化、因为我经常更改内容以演示组件放置方式、因此、我现在将保留这些符号、因为我们已商定了电容放置方式。 我将确保让 FB3像您提到的那样远离电感器、并清理组件的命名和编号。

为了确认情况、第一级有7x10uF 1206 X7R 电容器、相当于70uF、但由于直流偏置、实际值将会更小。 第二级输出具有5x10uF 1206 X7R 电容、电容为50uF。 这是好吗？ 有问题吗？  

至于其他信号、反馈电阻器、其他组件等... 他们都将完成... 在我完成组件选择及其放置后。 您提到布置"基本上"还可以、除了 FB3、还有哪些其他问题妨碍了布置的完美？  

我还注意到5V 第二级电容器(从上图中的 C34开始)有点靠近电感器。 这会是个问题吗？

此致  

您好！

我已完成路由、请在此处查看： https://imgur.com/a/ZlM6Hb6

如果您不了解图片中的任何内容、请说明。 我希望这是完美的布局和布线、因为我希望尽可能降低纹波和噪声。

滤波器电容器为1206 X7R 10uF 陶瓷电容器：CL31B106KAHNNNE

滤波电感为4.7 μ H：MCS0630-4R7MPY1

此致、

感谢您的更新。 让我看看、明天就给您提供任何反馈。

谢谢、

模块

您好、Hossam、

是的、布局和布线看起来不错。 EN 路由似乎位于 SW 节点下方和附近-是否可以将其路由到远离 SW 节点的位置？ 为了确保所有参考引用标识符都正确映射、您是否介意共享最新的原理图？

谢谢、

模块

e2e.ti.com/.../low_5F00_noise_5F00_DC_5F00_PSU.pdf

你好

我已附上原理图文件。

请告诉我或在图片中显示启用跟踪的路由位置？ 我想它可以脱离电感器、但会走很长的路、它不会影响它的长距离、对吧？

输入的电压。

谢谢

您好！

请在 此处检查 EN 引脚的修改布线：https://imgur.com/a/kI1pxog

粉色标记是 EN 路由、而红色标记是开关引脚。

我找不到路由它们的方法、但正如您看到的、从芯片下方远离电感器、但仍然靠近开关引脚、如您所见。 之前的布线也使用底层、但直接位于电感器下方。

如果您找到另一种更好的方法、请使用我的图片和 MS Paint 来指出。 我真的不需要任何问题。

除了我所做的以外、执行该布线的唯一方法是将其路由到电路板的边缘、路径非常长、这不是最佳选择、并且将位于第一级或第二级输出布线和电容器下方、这可能更糟糕。

请为您提供输入

编辑：我注意到我的布线与评估模块布线非常相似、除了评估模块使用另一个封装。 但是、布线来自相同的布线。

您好！

那么、现在电路板是完美的、不需要其他增强？

如果是、请在制作原型板之前通知我。

谢谢

您好、再说一次、

请在此处查看3D 图片： https://imgur.com/a/rq5M1Ev

我对设计进行了以下修改：

1-将自举0.1uF (100nF)从0603更改为0402、以类似于 Vin1和 Vin2闭合去耦电容器。 此外、对于 vin1和 vin2、我们还有大号1206 10uF 闭合去耦电容器+ 220uF 闭合大容量电容器。

2 -我们同意使用应用手册中类似的铁氧体磁珠、但遗憾的是它不适合电路板。 因此、我更改为这个：Murata 的 BLM31KN271SN1L 是1206 (稍小一点)、在不同频率下具有巨大性能、请在此处查看(页面底部的图表)：
https://www.murata.com/en-global/products/productdetail?partno=BLM31KN271SN1%23

它显示100MHz 时的阻抗为270欧姆、而25MHz 时的阻抗约为170欧姆、这大于应用手册1中在25MHz 时的阻抗约为100欧姆。 唯一的缺点是新的直流电阻约为20 Mohms、3安培时的压降电压为0.06v。 因此、我将3.3V 电压轨反馈电阻器更改为 r1=34kohm、r2=10kohm、以输出3.366v ->这意味着它在磁珠之后大约为3.306v、这是非常棒的。

这一个： https://www.murata.com/en-sg/products/productdetail?partno=BLM31KN471SN1%23

看起来比之前的一个好、20 m Ω 直流电阻、在不同频率下具有非常大的阻抗...  

但是、我发现了一个与应用手册中的类似的器件、它位于以下位置： https://www.digikey.com/en/products/detail/fair-rite-products-corp/2773037447/8594245

适用于较低的频率、也许我可以将其安装。

但我非常担心磁珠在高电流上的性能、例如3.3V 电压轨的3安培电流。

而对于5V 电源轨、最大预期电流约为0.5安、r1=56k r=10k、输出为5.049v... 使用0.5安培时、压降将为0.01V、这不起作用。 即使电流可能为1安、最终电压也会在5.029v 下正常。

请从您的一侧检查这些计算结果和电阻器值。

3 -细微更改、例如220uf 电容器尺寸、J3尺寸等。

最后一次请检查这些修改、如果可以、我可以将 Gerber 发送给私人... 为了让我100%确信没有任何问题。

很抱歉让你累了，你的支持很棒。

此致

您好！

重要更新： https://imgur.com/a/QrrUC1k

我已经设法从应用手册中看到铁氧体磁珠！ 对于较低的频率肯定更好、并且更合适。

请检查上图、红色标记表示5V 电压轨、而品红色标记表示3.3V 电压轨。 我不得不放置一个5V 的过孔、我认为这是可以的吗？

为了让您对此有什么想法、我认为这可能是最后的想法！