¿Preguntas sobre un diseño para un circuito de filtro de post regulador SMPS?

Para minimizar la ondulación SMPS y especialmente el ruido, estoy tratando de hacer una pequeña interfaz que es un regulador posterior en cascada después de un filtro LC. Me he encontrado con algunos documentos relacionados con este tema y la idea es establecer un buen rechazo de ruido mediante el uso de un regulador LDO de baja caída para frecuencias inferiores a 100 kHz y para frecuencias más altas mediante el uso de un filtro LC. En este video también da un muy buen ejemplo alrededor de las 2:56.

La topología se puede ver en el circuito que he dibujado en LTspice. Aquí está mi circuito en cuestión (el que está dentro del cuadro punteado es el filtro):

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El circuito está configurado para una carga de 120 mA con una salida del regulador de 12 V a una entrada de 15 V.

Ahora, mi mayor problema en la simulación fue que, dado que no conozco la resistencia de salida de CC R3 de un SMPS, puede ser diferente para cualquier SMPS diferente. Entonces, para el peor de los casos, lo tomé como 0.02 Ohm. Digo el peor de los casos porque para el filtro LC esto no evita el problema de resonancia. Entonces, para evitar la resonancia LC, agregué una resistencia paralela R1 de 1 ohmio con el inductor L1. En la simulación, L1 y C2 forman una muy buena frecuencia alta. filtrar. Luego uso este LT1086 como LDO. Aquíes su hoja de datos y en las aplicaciones se menciona que también se recomienda para el filtrado de ruido de conmutación SMPS (dice "Reguladores posteriores para suministros de conmutación"). R2 y Rp establecen la salida en alrededor de 12 V para una entrada de 15 V. Rp puede ser un potenciómetro para ajustar el voltaje de salida. De acuerdo con la hoja de datos, si no me equivoco, se necesita que C1 sea un capacitor de tantalio y C3 es un capacitor de cerámica, ambos con baja ESR.

Ahora he realizado un análisis transitorio en LTspice para este filtro donde la entrada es de 15 V CC con ruido de pulso de 1 V (con flancos descendentes ascendentes de 10p) superpuestos. Entonces repetí el mismo procedimiento para diferentes frecuencias de pulso de ruido 50Hz, 100Hz, 1kHz, 100kHz, 1MegHz.

A continuación se muestran los resultados de la simulación de entrada y salida para estas frecuencias:

A 50 Hz:

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A 100 Hz:

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A 1kHz:

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A 100kHz:

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A 1 MegaHz:

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Los resultados son amplitudes de pico a pico en la salida para ruido de entrada de pulso de 1V a diferentes frecuencias. Y aquí están los resultados de cada uno:

50 Hz ------> 1,6 mV

100 Hz -----> 3,8 mV

1kHz ------> 173uV

100kHz ----> 41uV

1Meghz -----> 1uV

Aquí está la disipación de potencia del regulador, que es de alrededor de 0,5 W:

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Y finalmente aquí abajo está la corriente extraída del SMPS y el flujo a través de la etapa de entrada:

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Mis preguntas son:

¿Cómo puedo reducir esta corriente de suministro? Aparentemente es 6A. Obviamente hay algo mal con esto a pesar de que el filtrado se ve bien. Nunca antes se hizo un filtro de este tipo para tal fin. Me encantaría escuchar cualquier otro problema fundamental para este circuito. SMSP no puede manejar más de 500 mA o tal vez 1 A, por lo que reducir C2 puede ser una opción, pero eso degrada el filtrado.

¿Cómo puedo reducir esta corriente de suministro? Aparentemente es 6A Eso es porque pones Vnoise a través de 20 mohm + 1 ohm + 4700 uF (básicamente un corto). Eso dará como resultado una gran corriente. Otro punto: incluir la ESR de los capacitores, en especial para el de 4700 uF de cap. se necesitan parásitos porque los caps de 4700 uF tienen un comportamiento terrible a altas frecuencias como las que provienen de un SMPS. Considere agregar tapas de cerámica de 100 nF y 1 nF en paralelo con los 4700 uF para hacerlo "mejor", consulte: youtube.com/watch?v=BcJ6UdDx1vg
Gracias por los comentarios exactamente, pero ¿hay alguna solución para esto? Podría reducir el C2 pero eso afecta el filtrado. ¿También ve algo fundamentalmente incorrecto o que vale la pena cambiar para todo el filtro? El suministro no puede manejar más de 500mA o 1A.
Creo que estás sobreestimando la cantidad de ruido del SMPS. Debe determinar cuánto ruido genera realmente el SMPS y pensar cuánta reducción de ruido realmente necesita (¡sí, eso es difícil!). También es más fácil hacer una FFT (transformada de Fourier) en el ruido de SMPS y LDO, ya que eso le mostraría un gráfico espectral del ruido. Uhm sí, este no es un tema fácil.
Oh, veo que 1V es demasiado para un escenario real.
1V es demasiado para un escenario real? Eso depende (nuevamente, no es fácil), si tiene un SMPS muy pobre, 1 V podría ser realista. Algunos otros SMPS pueden tener solo 10 mV de ruido. depende _
Estaba tratando de hacer un filtro genérico para varios SMPS. :(
La protección contra sobrecorriente generalmente ya está en el SMPS. Pero muestra el comportamiento típico de un principiante, ve problemas en todas partes (demasiado ruido, sobrecorriente) y se olvida de concentrarse en el problema real . Los dije anteriormente: ¿Cuánto ruido sale realmente del SMPS? ¿Cuánto ruido puede tolerar en el suministro de su circuito? No me queda claro cuál es su circuito (que necesita este suministro limpio), por ejemplo, si es un microcontrolador, el ruido del suministro generalmente no es un problema . Si es un amplificador sensible, entonces puede serlo.
Quieren una batería como suministro muy limpio para equipos de medición. Era requisito pero de convertidores SMPS o DC DC. Por eso no pude dar más información. Pero muchas gracias por la buena idea. Probaré con el método FFT para cuantificar el ruido.
Quieren una batería como suministro muy limpio para equipos de medición. Entonces diría: Usa una batería entonces . Siempre habrá algo de ruido en el suministro, la pregunta es, cuánto todavía está bien. Es fácil pedir lo imposible. Es difícil responder a lo que realmente necesita.
C2 es LOCO, podría ser razonable para un tipo de suministro de transformador/rectificador/filtro de frecuencia de línea, pero un conmutador medio decente debería tener la mitad de nada tan cerca de CC, y a 100 Hz más o menos, un LDO bien pensado tendrá PSRR por dias. Mi filtro de limpieza de conmutador habitual para la banda media es 1uH || 3R + un par de 0.047uF al final de una pulgada de rastro (robado de "Propulsión de señal de alta velocidad"), funciona bien dados los valores parásitos típicos y te da ~ 20dB desde unos pocos Mhz. Secundaría a Bimpelrekkie, averiguaría lo que necesita, luego lo diseñaría (y modelaría los parásitos).
Además, ¿tiempos de subida y bajada de 100ps? ¿De la fuente 0.02R? Espero que el conmutador esté muy cerca del filtro porque las tasas de borde de 100ps convierten casi cualquier cantidad de cable en una línea de transmisión, y todavía no he visto una línea de impedancia característica de 0.02R. Spice es un excelente solucionador numérico, pero depende del operador para ingresar un número sensato.
@DanMills Con respecto a "1uH || 3R + un par de 0.047uF". ¿Qué es R? 1uH en paralelo con una resistencia de 3 Ohm? Leí este pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN883.pdf ¿qué opinas sobre la conexión en cascada de dos LDO? También vi algunos usar perlas de ferrita. En mi caso, quiero filtrar hasta 1MegHz solo para SMPS 12 o 24V con corrientes entre 500mA y 1A como máximo.
Si compra con cuidado, puede encontrar LDO que todavía tienen un buen CMRR a 1 MHz, que los baratos no suelen tener. Sin embargo, aunque 1 MHz ayudará con la conmutación fundamental, eso es solo una parte del problema. No solo hay un lío de armónicos en los bordes (por lo general, NO son de 100 ps, ​​pero aún así), sino que un conmutador pequeño común basado en flyback tendrá un timbre del transformador y parásitos mosfet (tal vez también recuperación de diodo) en los 10 s a bajo región de cientos de MHz, es esto en lo que realmente ayudan las perlas de ferrita porque ningún LDO tiene mucho que ofrecer allí.

Respuestas (1)

El enfoque es sólido, con un problema: ha creado una fuente de ruido muy "rígida" capaz de conducir y hundir cualquier corriente que sea necesaria para mantener su voltaje. Si piensa en cómo funcionan los circuitos SMPS, probablemente estará de acuerdo en que ellos mismos están cargando elementos internos y descargándolos en la carga en lugar de presentar un voltaje de baja impedancia de salida en dos niveles distintos. Si no desea simular la etapa de salida de su SMPS, le sugiero que pruebe una onda triangular para su fuente de ruido como un mejor análogo para la salida SMPS, sin R1 en su circuito pero con una resistencia en serie para su inductor. resistencia.

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