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DCDC常见问题之输出纹波大
DCDC在目前的电子产品中使用越来越常见,但是出来的问题也越来越多,下面我们将介绍DCDC输出常见的问题。该问题是一个系列,今天我们介绍的是DCDC设计时,DCDC输出电压纹波的介绍以及如何去改善。 纹波 电源输出交流纹波可以视为是直流输出叠加一个交流成份;从图中可以看出,纹波中包括了两个交流成份: 一个是频率为两倍工频输入电压的正弦波,这是由交流输入整流电路引起的; 另外一个是由开关电源导通和关断引起的纹波,其频率等于开关电源的工作频率。 DDR等要求的纹波大小: 纹波过大的弊端: 1.导致输入电平判别错误; 2.导致器件工作异常; 3.在音频中导致输出噪声; 4.射频电路导致指标恶化如EVM。 5.等等…… 滞后模式DCDC设计电路 典型DCDC设计如下,看起来很简单,但是经常出现问题。 最常见的DCDC结构,滞后模式DCDC控制,原理就是Vout输出电压经过R1和R2反馈之后,给到Vsense引脚,引脚和内部参考电源比较后给到PH引脚内部MOS控制信号,来起到调节输出电压的作用。所以此工作模式下是需要纹波电压的。 后续DCDC的发展 后续DCDC发展为了适应不同场景,逐渐发展出了不同的技术,例如TI的DCAP和其他厂商的COT功能DCDC。这些方案的提出都是基于前面滞后模式DCDC的基础。 带COT的DCDC COT 指的是恒定导通时间;ACOT指的是自适应恒定导通时间。这些都是为了提升瞬态响应而来的,最终我们看到的结果就是纹波减小了。 瞬态响应也就是动态指标,就是负载在急剧变化时,导致输出电压波动很大,也就是纹波很大;简单理解就是DCDC输出功率是一定的,但是在一瞬间DCDC输出负载很大,而功率一定,导致输出电压降低,这种情况是我们不需要的。而之前滞后控制的DCDC因为是逐周期控制的,所以必须要等到下一个周期才能调整;但是新的COT模式下,我们可以调整周期,使得尽快调整输出电压,进而在短时间内恢复正常电压,也就是最终我们看到的纹波很小。 如上图中的C5电容就是前馈电容,此电容的加入使得交流波形更快的进入电源反馈端,而DCDC内部接收到这个信号,很快的进行调整;图中显示的是OPEN状态,但是实际上我们很多场景下都需要增加这个电容,特别是负载是CPU、GPU或者射频类芯片。 COT 有无前馈电容两者对比如下 关于前馈电容的介绍如下所示: 1.输出增加一定数量、一定容值的电容; 在增加瓷片电容时都可以; 再增加电解电容时尽量选择高频低阻,就是低ESR的; 2.注意电感的选择; 电感越大,纹波越小,其本质是纹波电流越小; 3.注意反馈电阻的选择; 反馈电阻在频与来看会决定穿越频率、零点和极点的分布,所以尽量按照数据手册选取; 4.注意增加前馈电容以及大小选择; 前馈电容的意义在前面多少了解了,所以这个就不说了; 5.注意实际DCDC设计时的Layout; 功率环路尽量小;反馈环路要避免经过强干扰信号周围; 6.注意芯片选型,在负载大的场合选择合适的芯片; 如果芯片本身很差,那么外部所做的各种修改都无法解决纹波过大的情形。 DCDC纹波大小是系统性的问题,在多数情况下通过以上措施可以减小,但是要想最小,需要以上各点都需要注意才行,但是实际上我们大多是应用型的,对于DCDC所涉及到的小信号模型等二阶方程不明白,所以很多是试的;因此以上方法可以减小,本人亲自试过,如果需要从根本上提出科学方案,需要极其熟悉DCDC设计相关理论,包含外部电路与内部芯片设计相关,大家有实力可以去做这件事。 |
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