스위칭 전원 공급 장치의 노이즈를 해결하는 방법
전원 끄기, 작은 크기, 저렴한 비용 및 높은 효율성으로 인해 큰 가치가 있습니다.
그러나 가장 큰 단점은 높은 스위칭 과도 현상으로 인한 높은 출력 잡음입니다. 주로 선형 레귤레이터에 의해 구동되는 고성능 아날로그 회로에 사용되는 것을 막는 것은 바로 이러한 단점입니다.
그러나 많은 애플리케이션에서 적절하게 필터링된 스위칭 컨버터가 선형 레귤레이터를 대체하여 저잡음 전원 공급 장치를 생성할 수 있다는 것이 입증되었습니다.
따라서 스위칭 전력 변환기의 출력 잡음을 제거하기 위해 최적화되고 감쇠된 다단 필터 설계가 필요하다.
이 기사의 예제 회로는 부스트 컨버터를 사용하지만 결과는 모든 DC-DC 컨버터에 직접 적용될 수 있습니다. 그림 1은 정전류 모드(CCM)에서 부스트 컨버터의 기본 파형을 보여줍니다.
그림 1. 부스트 컨버터의 기본 전압 및 전류 파형
출력 필터는 스위치 B의 전류 상승 및 하강 시간이 빠르기 때문에 부스트 토폴로지 또는 불연속 전류 모드가 있는 다른 토폴로지에 중요합니다. 이로 인해 여자 스위치, 레이아웃 및 출력 커패시터에 기생 인덕턴스가 발생합니다. 그 결과 실제 사용 시 출력 파형은 우수한 레이아웃과 세라믹 출력 커패시터를 사용해도 그림 1보다 그림 2와 더 비슷해 보입니다.
2. DCM에서 부스트 컨버터의 일반적인 측정 파형
커패시터 전하의 변화로 인한 스위칭 리플(스위칭 주파수)은 출력 스위치의 감쇠되지 않은 링잉(이하 출력 노이즈라고 함)에 비해 매우 작습니다. 일반적으로 이 출력 잡음의 범위는 10MHz에서 100MHz 이상으로 대부분의 세라믹 출력 커패시터의 자체 공진 주파수를 훨씬 뛰어넘습니다. 따라서 여분의 커패시턴스를 추가해도 노이즈 감쇠에는 별 도움이 되지 않습니다.
또한 이 출력을 필터링하는 데 적합한 여러 유형의 필터가 있습니다. 각 필터에 대해 설명하고 단계별로 디자인을 제공합니다.
이 백서의 공식은 엄격하지 않으며 이러한 공식을 어느 정도 단순화하기 위해 몇 가지 합리적인 가정이 이루어집니다. 각 구성 요소가 다른 구성 요소의 값에 영향을 미치므로 일부 반복이 여전히 필요합니다.
ADIsimPower 설계 도구는 구성 요소 값(예: 비용 또는 크기)에 대한 선형화 공식을 사용하여 실제로 구성 요소를 선택하기 전에 최적화한 다음 수천 개의 장치 데이터베이스에서 실제 구성 요소를 선택한 후 출력을 최적화함으로써 이 문제를 방지합니다. 그러나 디자인을 시작할 때 이러한 수준의 복잡성은 불필요합니다. 제공된 계산을 사용하거나 SIMPLIS 시뮬레이터(예: 무료 ADIsimPE™)를 사용하거나 실험실 벤치에서 시간을 보내면 최소한의 노력으로 만족스러운 설계에 도달할 수 있습니다.
