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[参考译文] 导致系统噪声的高瞬时功率要求

Guru**** 1624225 points
Other Parts Discussed in Thread: LM5158, TMS320F2812, LM5118
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/1311082/high-instantaneous-power-requirements-causing-system-noise

主题中讨论的其他器件:TMS320F2812LM5118、LM5158

我正在研究继承的原型。

该设计从外部已知噪声源获取24V 直流电、并使用 TI LMR51420XFDDCR 将其降至3.3VDC。

然后、为了确保模拟源电压干净、它使用竞争对手部件 MIC2288YD5-TR 将3.3V 直流电压升压回24VDC。

当产品向外部器件发送相对强大的信号时、24VDC 负载显著增加。 24V 电源轨中一对运算放大器所需的瞬时电流约为2.4瓦 RMS (它使用 DAC 合成交流信号)。

当运算放大器开始驱动电源时、24 VDC 下降约0.4伏、同时、3.3 V 电压轨下降约0.3伏。

我已经添加了旁路电容器(在3.3V 时最高500uF、在35uF 至24V 时约为35uF)、这可以最大程度地减小噪声、但仍然存在。 根据负载位置、24V 降低约0.2伏、3.3V 降低约0.1伏。 (每个都在负载结束时具有大约相同电压的等效过冲)。

该设计是采用不同电源架构的现有产品的成本降低版本、3.3V 时几乎没有噪声。 3.3V 噪声是一个问题、因为它会在 ADC 的隔离电源输入上引起噪声、从而使新架构比旧架构更加嘈杂。

我认为我应该能够使用更高频率的开关、以便更好地响应模拟驱动器运算放大器造成的瞬态电流增加。 实际上、我可以使用较低的电感器值(从10uH 降至4.7或更低)、但我的问题是、开关速率会变得太高、并且由于我从建议值中更改、器件可能会过热。

问题是:是否有 TI 的控制器能够在几乎没有压降的情况下处理电流需求的巨大变化? 那是哪一个家庭? 我需要一个用于3.3V 降压轨、另一个用于24V 升压轨。

以下是添加大量大容量电容之前3.3V 电源轨上的噪声示例。

绿色为3.3V、黄色表示施加负载时。 除称重器外、24V 电压看起来非常相似。

提前感谢您提供任何建议。

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    您好、Brian、

    1. 24V 到3.3V 降压转换器的输出电流要求是什么?  您是否根据数据表中的建议设计 LMR51420XFDDCR? 您能否共享您的设计原理图?

    2. 升压产生的24VDC 上的负载变化速度有多快? 您可能 还需要查看 MIC2288YD5-TR 的设计以查看其是否经过优化。  

    3. 3.3V 降压输出和 ADC 电源之间有什么关系? 可能需要使用 LDO 来消除噪声。

    此致、

    鸿嘉

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    感谢您的快速回复 Hongjia。

    1.该系统从外部24V 电源消耗的平均功率为2.9W。其中大部分是3.3V 电源。 因此、3.3V 的平均电流在800 mA 周围、其中包括内部生成的24V 电压。LMR51420XFDDCR 电路与 TI WebBench 生成的电路相同。 安装了不正确的电感器值(3.3uH 而不是7.8uH)、但我找到了位于相同尺寸的替换器件并进行了安装。 我没有重新安装3.3uH 来查看它主要做什么,因为我找不到它。 原理图与 WebBench 生成的原理图相同。 布局与推荐的布局不同、但它是一个极其简单的电路。

    2.负载变化比较快。 生成的正弦波的周期在1.2 MHz 附近。 因此、运算放大器的峰值平均电流在大约一个周期或83微秒内达到。

    3.经过我为降低3.3V 噪声所做的所有更改(使其降低到大约100mV)后、来自 ADC 读数的噪声并未减小。 这意味着噪声与电源轨无关。 我今天将研究布局和3.3V 模拟隔离以及 TMS320F2812的内部基准电压、看看我是否可以对其进行清理。 可能只需要一个更好的磁珠和更大的电容。 我还将查看 TMS320F2812规格以了解它建议的内容。 修复后、我会有一种方法使电路板足够干净以便运输。 这只是确定实际多少电容才够大的问题、因为我不能认为必须增加500uF 的电容。 可能是这样。 幸运的是、电路板上有空间、并且器件不贵。 我可能需要指定低 ESR/ESL 器件、这些器件比普通的大容量电容器更能为电源轨发挥作用。

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    我们有另一个想法。 构建一个接收脏的24 VDC 并产生干净的24 VDC 的升压转换器是否可以、简单且价格低廉?

    我看不到 TI 的任何产品具有集成晶体管、但似乎可以通过功率二极管设计正常升压控制器来实现此目的。

    当我运行 WebBench 时、它使用了所有不实用的反激式拓扑。

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    您好、Brian。

    是的、24V 到24V 的转换可通过降压/升压来完成。 24V 输入电压的曲线是什么? (或 Vin 的最小值和最大值是多少)。 1.2MHz 负载瞬变非常快、因为直流/直流转换器的带宽通常为几十 kHz。 我在此向降压/升压团队的专家寻求帮助、为您推荐一款器件。

    -鸿嘉  

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    您好、Brian、

    对于24V 输入和24V 输出、您将需要降压/升压解决方案。

    您可以使用升压解决方案、但更高的输入电压将流经输出电压、例如26V 输入=> 26V OUT -二极管压降。 ~ 25.3V

    此致、

     斯特凡

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    我不确定24V 外部电源的具体情况:客户可以使用从壁式电源到全台式电源或介于两者之间的任何电源。 我知道我们指定了24伏+/-一个百分比、我必须从同事那里了解详细信息。

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    您好、Stefan。

    我在没有变压器的情况下无法使用 Webench 工具生成升压控制器。 我怎样才能做到这一点?

    更重要的是、我需要一些简单的东西(与 MIC2288的 I/O 类似)、以便在旋转之前将其刻录到电路板上以验证更好的噪声性能。

    可以推荐器件吗?

    谢谢。

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    Stefan & Hongjia、

    实际值。 我刚发现该产品具有很高的优先级、我们需要在1月19日前完成第二版电路板布局。

    那么、这是我想要的、我希望你们能为我提供帮助。

    我希望降压升压24V 到24V "清理"的 DC 到 DC 转换器设计、该设计简单、不需要变压器、并且您有一个评估板、我可以侵入现有板进行测试、以确保消除我们遇到的噪声问题。

    再次感谢您的支持。

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    我能够让 Webench 利用 LM5118为我生成降压/升压配置(降压/升压在高级选项中提供)。 它有很多组件(382平方毫米)。 我本来希望得到一个更小的东西。 您有一个评估板、因此我可以进行快速原型设计、这是一个巨大的优势。 如果有更简单的配置:请告诉我。 我需要尽快订购零部件。

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    您好、Brian、

    是否可以在 LM5158中选择 SEPIC。

    您需要的确切规格是什么

    输入电压

    输出电压

    负载电流

    要考虑的任何其他参数,例如输出纹波、阶跃响应....

    您是否已经检查了可用的参考设计:

    TI 参考设计库

    此致、

     斯特凡

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    我找到了一个更好的替代解决方案。 感谢您的帮助。