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[参考译文] LM5022:隔离式直流/直流、可闻噪声

Guru**** 1640390 points
Other Parts Discussed in Thread: PMP20551, LM3481, LM5022, LMV431
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/652102/lm5022-isolated-dc-dc-audible-noise

器件型号:LM5022
主题中讨论的其他器件:PMP20551LM3481LMV431

你(们)好。

论坛不允许我选择隔离式直流/直流论坛、对此我深表歉意。 我使用 Webench 来帮助我设计隔离式直流/直流转换器、我添加了一些额外的滤波、一些大容量输入电容、一个 LC 滤波器和一个从 PMP20551窃取的过压输入保护截止电路。
设计要求为:


输出电压:12伏

输出电流:0.9A

20-50V 输入电压

随附原理图和 PCB 布局。
输出端噪声很小、因此我在输出端添加了一个放置在周围的100uF 钽电容器、并将其中一个22uF MLCC 输出电容器替换为0.1uF、这似乎解决了问题。 设计中最令人烦恼的一个好处是可闻的高音调噪声、在空载时噪声很安静(但明显、更是模糊的声音)、并且在施加负载时噪声会更大。 我尝试用一张卷纸找到噪声源、但未成功地找到噪声源。 对变压器施加严格的压力似乎会使声音变暗。 (我使用的变压器是一个 Coiltronics VPH5-0155-R、其中2个绕组串联用于初级 侧、次级侧和辅助侧)。

尝试降低/消除噪声的尝试包括

  • 在输出二极管后面添加额外的滤波电容器
  • 输出二极管两端的 RC 缓冲器  
  • 绕过 MOSFET 栅极上的电阻器

所有这些 都不会降低噪声、但确实会略微改变可闻频率。
因此、我想知道这是不是一个糟糕的 PCB 布局、还是我以某种方式使它变得不稳定、或者总是会有由变压器引起的噪声。

e2e.ti.com/.../8468.schematic.pdf

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    负责此部件的工程师将在新的一年中回复您。
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    好的、谢谢 Helen
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    不用客气、耐心等待。

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    您好、Mitchell、

    是否所有输入电压都存在可闻噪声? 是否有您可以听到的特定输入电压范围? 您在输出二极管上测试了哪些缓冲器组件值?

    我的第一个想法是、输出端的 LC 滤波器可能会存在不稳定问题。 您能否查看 L102的两侧以查看是否存在任何低频振铃? 另请检查输入电压以确保它没有振铃。

    关于布局、我建议尝试减小 SW 节点的大小。 这可能会导致很多问题、包括可闻噪声。 高 di/dt 电流环路看起来也很大。 最好将这些压缩。

    谢谢、

    Garrett
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    感谢再次光临我 Garrett、

    因此、我的电流电源电压有点受限、我可以测试的电流电压范围为40至50V。 电压为40V 时、可闻噪声的频率看起来确实略低、但也略高(但不会太高)。 因此、我最初没有缓冲器、然后我添加了一个10nF 和两个并联的10R 电阻器(5欧姆)、这就是我当时手头上的所有电阻器。  

    下面随附了我对输出进行的两个屏幕截图、很遗憾我无法准确记住哪个屏幕截图在负载下、或者它是在 LC 滤波器之前或之后测量的。 我将能够在一周左右的时间内进行测量。

    我在订购 PCB 后意识到、大侧的开关节点尺寸有点小。 此外、还随附了更好的布局视图和布局方面需要改进的内容的快速绘图。 我刚刚意识到开关环路也很大(黄线)。

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    您好、Garrett Roecker、

    下面是一些示波器截图。 电阻负载是一个15欧姆的电阻器

    输入、空载48V

    输入电阻负载48V

    在 L102之前、无负载

    在 L102之后、无负载

    L102之前的电阻负载

    L102之后是电阻负载

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    您好 Mitchel、

    我刚刚意识到、隔离式反馈在电压基准的引脚3和反馈电阻器之间没有电容器。 请尝试在此处添加100nF。 由于输出端的纹波大约为500mV、这看起来可能是一个稳定性问题。 另一种方法是在 L102之前移动调节点。 本 指南 适用于 LM3481、但可用作隔离式反馈设计的良好参考。

    谢谢、

    Garrett

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    在电容器上找到了一个好地方,不确定我是如何错过它的!! 因此、我在中添加了电容器、我还移动了电感器之前的调节点、并移除了缓冲器(现在)。 噪声仍然存在、因此我在输出端添加了两个100uF 电解电容器、噪声几乎消失了、但该锯齿输出电压波形是否是反激式拓扑的典型波形? 附件是示波器快照。

    输出、无负载

    输出、电阻负载

    使用输出电容器进行空载输出

    输出、带输出电容器的电阻负载

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    您好、Mitchell、

    在空载时、通常会看到更多的纹波。 这是因为 LM5022将根据需要跳过脉冲。 改变输出电容表示部分噪声可能是由输出 EMI 滤波器阻抗引起的。 很高兴听到您的一切都被发现了。

    谢谢、

    Garrett
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    您好、Garret、

    我最终重新制作了电路板。 根据建议减小了节点的尺寸添加了额外的输出电容、并包含了我最初未接通的补偿电容器。

    噪音又回来了…… 我移除了输入和输出上的所有滤波电容器、噪声仍然存在、因此我更换了它们。 然后、我将150nF 补偿电容器(webench 建议的值)换成100nF。 轻负载时噪声消失、但在大负载时仍然存在噪声。 在轻负载下进行了短暂测试后、电路会关断。 我将其追溯到辅助二极管、它不是一个完全短路、而是通过两种方式进行传导。 我用一个备用设备更换了它、它再次启动并运行。

    二极管为:

    industrial.panasonic.com/.../DB2S31600L_E.pdf

    这是 Webench 设计人员推荐的。 额定电压为30V

    二极管最终再次烧毁、因此我用1n4148替换了它、并用示波器测量了二极管前面的电压。

    下图未加载:

    下图是有负载的情况



    那么、我猜补偿电路不稳定吗?  

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    已断开补偿电路与次级二极管输出的连接。 我使用了一个15欧姆的负载电阻器。 随附的是输出电压的示波器屏幕截图。 没有声音,完全沉默。

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    我查看了您的原理图、没有看到任何环路补偿网络。 请参阅 webench 生成的原理图、在 LMV431周围添加补偿、并在 C111上添加一个1k 的串联电阻器、并将 C111增加至大约470nF (此 RC 是一个猜测、您可以根据需要进行调整)。