Configuración de múltiples reguladores reductores en una PCB

He estado investigando mucho sobre reguladores de conmutación para un diseño de placa que utiliza dos reguladores reductores en la PCB para obtener 9 V y 3,3 V de un suministro de CC de 12-28 V. La mayoría de mis preguntas han sido respondidas, pero algunas preguntas para las que no encuentro respuestas satisfactorias.

Estoy tratando de decidir cómo configurar los 2 reguladores reductores en función de la posible frecuencia de conmutación y qué fuente de voltaje usar como entradas para los reguladores.

Como prefacio, el diseño de la placa es para una entrada analógica básica y una placa de control de salida de relé que tiene RS485 y Ethernet. El circuito de entrada analógica y los relés usan el riel de 9V (sin embargo, segmentados entre sí). La MCU y otros circuitos integrados utilizan el riel de 3,3 V. El sistema en total consume alrededor de 1 amperio como máximo y tanto el de 9 V como el de 3,3 V necesitan suministrar 500 mA cada uno.

1) Estoy considerando usar el mismo modelo de regulador TI TPS54231DR para ambas necesidades de voltaje de salida (9V y 3.3V). Ya tengo muchos de estos a mano, así que sería ideal. Pero los siguientes enlaces hablan de frecuencias de pulsación que aparecen cuando las frecuencias de conmutación de los reguladores están juntas (la variación de fabricación hará que los dos componentes tengan frecuencias de conmutación ligeramente diferentes). Estoy un poco preocupado por esto para las entradas analógicas.

Enlace1

Link2 - aquí está la captura de pantalla relevante...

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Ahora veo que los enlaces anteriores sugieren usar inductores con unos pocos ohmios de resistencia en la frecuencia del interruptor para combatir las frecuencias de pulsación, lo cual puedo hacer.

Pero esto plantea la pregunta... ¿cuánta diferencia de frecuencia de conmutación se necesita para que las frecuencias de los latidos no se noten? El regulador que ya tengo es de 570Khz y veo otras frecuencias de conmutación en el rango de 400-500KHz y el rango de 600-800KHz. ¿Es suficiente una diferencia de 100-200 KHz entre las frecuencias de conmutación para no notar las frecuencias de pulsación? ¿Sería suficiente una diferencia de 50 KHz? No tengo todos los componentes a mano para probar todo esto.

2) Para los voltajes regulados en la PCB, ¿es mejor (menos ruido, más estable) que todos los reguladores de conmutación usen el riel de suministro principal como sus entradas? ¿O pueden conectarse en cascada (la salida de un dólar va a la entrada de otro)? Si puedo conectarlos en cascada, entonces puedo usar un regulador reductor de salida 3.3 con un Vin MAX más bajo que, nuevamente, ya tengo disponible en cantidades masivas TI TPS62152RGTT . Tienen un voltaje de entrada máximo de 17 V y una frecuencia de conmutación de 2,5 MHz. En el modelo en cascada, tengo curiosidad por saber si la conmutación del regulador de 3.3V agregará ruido al riel de 9V o no. Si es así, creo que preferiría que el regulador de salida 3.3 se conecte al suministro de 12-28V.

3) Y relacionando las dos preguntas... ¿cuál sería el impacto sonoro de utilizar la configuración en cascada con el mismo modelo de regulador? ¿Esto hace que las frecuencias de pulsación se vean en todos los rieles de suministro?

En resumen, supongo que lo que estoy preguntando es cuál de las siguientes 4 configuraciones es la mejor opción. Mis opciones preferidas serían A o D para simplificar la lista de materiales, pero también puedo lograr la configuración C con piezas que ya tengo a mi disposición.

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.beats puede causar problemas +1. ¿Por qué no usar chips sincronizados en antifase? .No tendrá que preocuparse por los latidos y su EMC será mejor y sus corrientes de ondulación serán más bajas.
¿Qué corriente estás extrayendo de estos reguladores? Puede reducir la EMC mediante el uso de filtros inductores y el estrangulamiento en la entrada de cada dólar. A menos que esté consumiendo mucha corriente (el papel al que se refiere es 12A) o tenga un análogo muy sensible o necesite pasar una certificación estricta, dudo que vea un gran impacto. Es mejor que no encadenes tu dinero si pueden tomar VIN.
@Autistic: conozco los chips síncronos, pero estoy tratando de reutilizar los componentes que ya tengo. Estos no son proyectos únicos, por lo que trato de compartir partes entre diseños y así mantener mi inventario de componentes simple.
@Damien: el consumo actual de todo el sistema es de aproximadamente 1 amperio. Diría que los rieles de 9 V y 3,3 V deben poder suministrar 500 mA, lo cual es fácil dentro de las especificaciones para el TI TPS54231DR. Entonces parece que estás recomendando la configuración A o B
@zme lo mejor sería construir un circuito de prueba y solo hacer algunas mediciones.

Respuestas (3)

Si sus chips reguladores aceptan un reloj externo, consulte Linear Tech LTC6902, un generador de reloj multifásico específicamente para sincronizar múltiples convertidores de conmutación. Lo he usado para unir tres secciones reductoras en una placa a 500 kHz, cada una "disparando" en una fase diferente del reloj maestro, pero todas exactamente a la misma frecuencia y nunca golpeando entre sí.

Parece que solo tiene un requisito actual muy pequeño. Para aplicaciones sensibles al ruido, definitivamente sugeriría la opción: A o B La selección entre A y B dependería del área y la disponibilidad de los componentes.

// Sugerencia experimental No sé si su aplicación se preocupa solo por el ruido o también por una pequeña pérdida de energía. Con 9 V, si añades 2 LDO pequeños, solo quemarás alrededor de 1,5 W/LDO y evitarás totalmente el ruido. En este caso, el enrutamiento debe ser simétrico para que la carga no esté desequilibrada.

Sugiriendo 2 LDO en lugar de 1 solo para evitar el disipador de calor.

Sugiero la opción A. También soy fanático de la simplicidad de BOM. Estás comprometido con los filtros de entrada, por lo que ajustarlos para mitigar las frecuencias de pulsación (si de hecho son un problema) es el menor de dos males (para mí).

La opción D es tentadora. Ya posee las partes y elimina el problema de la frecuencia del pulso, o al menos lo mueve a un rango de frecuencia que es mucho más fácil de manejar. Además, no hay nada de malo eléctricamente en poner los dos reguladores en serie. Le brinda un único punto de control de encendido/apagado y una secuencia de inicio definida, pero solo usted puede asignar un factor de valor a esas funciones. La compensación es una mayor disipación de potencia en el regulador de 9 V (pero menor disipación en el regulador de 3,3 VA.

He realizado ambos enfoques, con éxito, en función de diferentes requisitos generales del sistema.

Simplicidad de BOM y disipación de potencia más dispersa frente a control de ruido más sencillo y disipación de potencia más concentrada. Tiene que ser tu llamada.