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[参考译文] PMP22764：输入与放大器；输出电容器和滤波器

admin
Guru**** 1643410 points
Other Parts Discussed in Thread: PMP22764, LM5156H
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/tools/simulation-hardware-system-design-tools-group/sim-hw-system-design/f/simulation-hardware-system-design-tools-forum/1113266/pmp22764-input-output-capacitor-and-filter

器件型号：PMP22764
主题中讨论的其他器件： LM5156H

大家好、

我们正在设计与 PMP22764具有 LM5156H 的类似反激式转换器、并有一些问题。

1) 1) PMP22764上的输入电容器选择和计算

当我们使用 SNVA866 EQ23来计算纹波为100mV 的 PMP22764的 Cin_min 时、得到~ 60uF

 在 PMP22764上、有4个10uF、50V、X7R、1210 (C7、C8、C9、C10) ant 24V、这大约是4个5uF = 20uF、与 C5 (47uF)=~ 67uF 相结合、这是计算 输入电容的正确方法吗？

2)从反激式转换器到输入的传导 EMI 的输入滤波器估算

TI 提供了有关此 主题的多个应用手册、但 所有应用手册都涉及降压转换器而非反激式转换器(SLUP362、SNVA489C、 SNVU693、SLYT782、SNVA810...)

因此、在 PPMP22764中、L1是 LF、我们假设  CF 是 C5、但缺少 CD、您能否解释一下如何估算或计算 PMP22764的该滤波器？

3) 3)  PMP22764上的输出电容器选择和计算

PMP22764仅使用56uF。

但是、当我使用 SNVA866的 EQ 21和22时、我得到：

Np =1、Ns =2、Vload=56V、D'= 0.4 @Vin=18V、Lm=15uH

FZ_RHP ~ 30kHz

fcross = 30/5 = 6kHz

dVload = 100mV、dIload = 1.25A/2 = 0.625A

Clload_min= 165 μ F  

您能不能评论为什么只使用56uF，这比 Clload_min 少3倍？

4) 4)  L2 PI 输出滤波器是如何设计的、假设是什么？

此致、

David。

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    TI__Guru**** 1643410 points
    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。

    尊敬的 David：

    我正在原始设计人员中循环、以便更详细地进行评论。 但现在就这样。

    你的假设是正确的

    2. CD 是 L1之后的4个陶瓷电容器，您可以将它们作为一个电容器进行整流。 此滤波器只是一个估计值、需要针对您的系统进行调整(源、负载、输入线路上的其他项目等)。

    设计人员可能为给定的纹波电压指定了输出电容、而不是瞬态负载。 如果您有瞬态、那么您使用的公式可能会更好。

    反激式转换器的输出端具有大量纹波电流、因此您需要使用陶瓷电容器来处理该纹波电流。 但是、如果您仅使用陶瓷电容器、则输出电压纹波将过高。 因此、LC 滤波器用于保持过多的纹波电流从电解电容器流出、并保持输出电压纹波下降。

    谢谢、

    Robert  

  • 0
    TI__Guru**** 1643410 points
    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。

    1) 1) 100mV 波纹计算得出的60uF 假设电容器的 ESR 为0欧姆。  反激式器件具有较大的峰值输入电流、该电流还会在电容器 ESR 上产生电压并增加总纹波电压(尽管电容器纹波和 ESR 纹波不是同相的)。  π 型滤波器通常比仅使用电容器更具成本效益且更小。  C5通过 L1提供滤波、同时降低线路阻抗。

    2) 2)是的、CD 是 C7-10陶瓷电容器。  L1/C7-10 LC 滤波器在没有阻尼的情况下具有较高的 Q 值、因此保持 L1相对较小(<10uH？)。  选择 C7-10来处理高频纹波电流并提供"合理"的电压纹波。  然后计算 L1/C5以实现所需的电压纹波。  3.3uH 通常会将 Q 保持在足够低的水平、以便在没有阻尼电容器的情况下工作。  可以将阻尼电容器与 C7-10并联、但要确保不超过额定纹波电流。  可能需要多个铝电容器。  聚合物或混合聚合物具有更高的纹波电流额定值、因此所需的电流更少。

    3) 3) PMP22764的测试报告显示了一个-287mV 瞬态、负载阶跃为625mA 至1.25A。  测量的环路带宽约为5kHz。  对于6kHz 带宽、负载阶跃的电容计算指定为-100mV。  将165uF 除以2.87 (287mV/100mV)可得到57.5uF。  2.2uF 陶瓷电容器也会增加大容量负载电容。  因此、公式正确；PMP22764具有更大的负载阶跃响应。

    4) 4)是、同意上述回答。  与输入 PI 滤波器类似、选择陶瓷电容器来处理纹波电流并提供"合理"的纹波电压。  然后计算大容量电容器以提供所需的负载阶跃响应。  然后、可以选择电感器来提供所需的高频纹波电压。  在峰值电流模式控制下、输出 π 型滤波器会产生功率级中的三个相关频率。  总输出电容和 RLOAD 处有一个极点。  输出大容量电容器的 ESR 处有一个零点。  输出电感器和电感器左侧的陶瓷电容 C2/C3/C13/C14也会产生 LC 谐振。  同样、如果没有任何阻尼电容器与陶瓷电容器 C2/C3C13/C14并联、则该 LC 谐振的 Q 可能会很高。  最好将电感器保持在1uH 以下、以便 LC 谐振的频率足够高、从而不会影响控制环路。  同样、可以添加阻尼电容、但必须进行 ALE 以处理高 RMS 电流。  需要多个铝电容器或聚合物/混合器。

    通常需要在输入端添加共模电感器以通过 EMI。  下面是我在 PMP22764设计中添加的典型 EMI 滤波器。  它尚未经过测试、但基于类似设计。

    谢谢、

    David

  • 0
    TI__Guru**** 1643410 points
    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。

    尊敬的 David：

    感谢你的答复。 您是否知道应用手册中  描述了上述所有陈述的地方？ 或者、您是否知道一本关于 峰值电流模式控制 反激式的主题(输入输出电容器和输入输出滤波器)的书？
    1) 1)反激式中的大峰值输入电流
    a)您是指浪涌电流吗？  
    b) 不使用软启动电路就可以解决这一问题、如何处理？
    C)对于 PMP22764、L1是否会减小浪涌电流？ 但这是否意味着浪涌电流将流经电容器 C5的 ESR？
    更常见的解决方案是添加电感器以限制浪涌电流。 这一特性的另一个优势是充当输入滤波器、并在用作 Pi 滤波器时减少传导 EMI 干扰。 浪涌电流在电源电压电容器 C1和 C2和转换器所需的电感器限制输入电流之间分摊(虚线显示)。
    2) 2)输入滤波器：
    -> LC 滤波器 L1 (3.3uH)- C5 (47uF)是滤波器、用于过滤从转换器到直流输入的传导 EMI。 是这样吗？ PMP22764滤波器使用电解 电容 C5、如果我们假设 C5具有500m Ω ESR (以便更好地理解)、则该滤波器的 Q 值较低、接近1、截止频率为12.75kHz。 是这样吗？
     为了滤波器不会破坏转换器的稳定性、 LC 滤波 器 L1 (3.3uH)- C7toC10 (4x 10uF ~ 20uF @ 24V)的输出阻抗必须低于转换器的输入阻抗。
    因此、转换器以250kHz 的频率进行开关、效率 约 为90%、我可以 估算转换器的输入阻抗、如下所示：
    Zin =(输入电压^2 * n)/(输出电压)=(24^2 * 0.9)/(56 * 1.25)= 7.5Ohm，然后选择 LC (L1 - C7toC10)滤波器的 Zout 为最大0.75Ohm？
    LC (L1-C5)截止频率比250kHz fsw -> f_filt ->低于25kHz 低1个十倍频？ 这是一个好的起点吗？
    在 PMP22764中、f_filt 为12.75kHz、Zout_filt = 0.4Ohm、大约
    仿真显示 L1 C7toC10滤波器的高 Q：
    如果使用以下公式计算 Q =(1/ESR)* SQRT (L/C) 并假设 ESR 为1m Ω  
    Q=(1/0.001)* SQRT (3.3/20)~ 406
    为了 不影响转换器稳定性、L1-C7toC10的谐振应该是多高？
    无论 滤波器的 Zout 是否较低，这种高 Q 值是否会导致过压或影响稳定性？ 您是否建议在 L1的右侧添加阻尼电容器、例如1个470uF 电解电容器？
    如何估算反激式器件的纹波电流，然后将 其与数据表值进行比较？ (转换器以250kHz 的频率进行开关，且电容的 DS 仅以 100Hz 的频率表示纹波电流)
    3) 3)还行
    4)
    好的、现在我了解了针对阶跃负载响应计算的大容量电容、但您能告诉我们如何估算(或计算) 与所需电流和电压纹波相关的陶瓷电容(C2、C3、C13、C14和 C4、C15)吗？
    以及如何选择 L (计算)与此相关，是否有一些应用手册或方程？
    如果控制环路频率为5kHz、为了避免与控制 环路交互、应将 LC 滤波器截止频率作为哪个因素？  
    如果我看一下 PMP22764并计算 出 f-filter =1/2*PI*SQRT (LC)~ 139kHz (330nH、有效值4uF @ 56V)，这是因子28，我的计算是否正确？
    5) 5)是的、我同意需要额外的 CMC 和 FB。
    为什么要使用大 CMC L100？
    这里是我用于 EMI 的输入滤波器、您认为什么？  
    此致、
    David。
  • 0
    TI__Guru**** 1643410 points
    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。

    德州仪器电源设计研讨会是您了解相关信息的良好起点。  这些论文和演示文稿已通过以下链接存档。

    https://www.ti.com/design-resources/seminars/power-supply-design-seminar-psds/psds-resources.html

    在第一页上、2016年研讨会主题"轻松实现开关模式电源转换补偿"是控制环路设计的良好来源。  单击顶部的"2008至2000"链接、向下滚动至2002。  "使用自驱动同步整流器通过多输出反激式电源实现高效率"主题介绍了输入和输出滤波器的设计信息。

    1) 1) 浪涌电流受软启动限制。  L1用于滤除高频开关电流。  对浪涌电流产生任何影响需要非常大的电感。  隔离式转换器的浪涌开通时间通常为5-100毫秒。

    2) 2) 通常、如果输入滤波器的输出阻抗比转换器的输入阻抗小10倍、则不会与控制环路相互作用。  如果存在交互、您将能够在波特图中看到它在滤波器转角频率处的谐振、在本例中为12.75kHz。  测试报告中的波特图显示此频率下无谐振。  

    我们的功率级设计器工具可用于查看大多数转换器拓扑的功率波形。  您输入转换器参数、然后可以查看功率组件的波形。  下拉选项卡中还提供了用于各种计算的工具。

    https://www.ti.com/tool/POWERSTAGE-DESIGNER?keyMatch=POWER%20STAGE%20DESIGNER%20TOOL

    3)

    4) 4) 功率级设计器工具将显示流经输入和输出电容器的电流。  通过该公式、您可以计算所需输入或输出纹波所需的电容和 ESR。

    5) 5) 对于 EMI、您确实需要测量发射的基线、然后设计一个滤波器以实现所需的衰减。  铁氧体磁珠和低值 CM 电感器通常在5MHz 至10MHz 以上的频率下提供足够的衰减、具体取决于滤波器的转角频率。  低于5MHz 时、您将主要具有要衰减的开关频率及其谐波。  DM 模式 π 型滤波器 C5/L1/C7-10可提供大部分此衰减。  根据杂散耦合路径的阻抗、有时需要更大的 L100 CM 电感器来将低于5MHz 的发射衰减到所需的水平。