¿Qué valores de R, C usar en un RC Snubber para reducir el timbre de salida en el regulador de conmutación?

Estoy usando un convertidor de conmutación reductor simple (AP3211) para convertir 5V-12V a 3.3V.

El problema que estoy tratando de resolver es el timbre de salida. Veo un PP de 800mV sonando en la salida, con una frecuencia de 185MHz. He leído detalles de que posiblemente podría usar un amortiguador RC para reducir el timbre.

Algunas referencias que encontré:

http://www.ti.com/lit/an/slyt465/slyt465.pdf

onsemi.com/pub_link/Collateral/TND396-D.PDF

El diodo schottky tiene una capacitancia de unión de 120pF. Algunos artículos diferentes tienen un enfoque ligeramente diferente para calcular los valores R y C para el amortiguador, sin embargo, he llegado a los siguientes valores:

R = 7 ohmios C = 270 pF

Mi pregunta es: si no me importa el consumo de energía (hasta cierto punto, y no lo suficiente como para usar un regulador lineal), ¿podría usar R más bajo y C más alto para reducir aún más el timbre? Si es así, ¿cuáles son los valores adecuados para R y C?

Esquema que muestra el amortiguador RC en ROJO

¿Tienes un esquema?
Si no le importa el consumo de energía, use un regulador lineal. ¿Tienen algún diseño de referencia que pueda seguir?
¿Dónde planea colocar el amortiguador? Muestre su circuito.
Es muy inusual tener que usar una red de amortiguamiento para estabilizar estos conmutadores. ¿Está seguro de que tiene los condensadores de entrada (C1) y salida (C2) correctos? ¿Son tipos de ESR baja? ¿El diseño es el recomendado por el fabricante?
Adjunto esquema. He seguido la aplicación de referencia casi exactamente. Estoy usando condensadores MLCC de bajo ESR 0805 y piezas recomendadas. El diseño es casi idéntico al sugerido en la nota de la aplicación en una PCB.
@AdamB, ¿puede adjuntar un 'rastreo de alcance? ¿Qué carga tienes en la salida?
185 MHz? Es un artefacto de medición. Los fenómenos de dicha frecuencia en DCDC son cambiar el tiempo de subida, aumentar la carga de la tapa, etc. Si realmente los ve, probablemente el diseño sea deficiente o realmente vea interferencias de radio.
Para estar seguro, publique la captura de pantalla del osciloscopio. Y debe realizar la medición con un cable de tierra muy corto, no más de 1 cm. Para hacer eso, enrolle un cable o soldadura alrededor de su sonda y toque el capacitor de salida desde ambos lados.
Poner un amortiguador allí anula el sentido de usar un regulador de conmutación. ¿Estás seguro de que no es 185 kHz?
¿Ves el componente de 185 MHz en el pin Vout? ¿Aparece en un analizador de espectro (si tiene uno)? Hay algunas formas de artefactos de medición que tienen manifestaciones similares.

Respuestas (2)

En cuanto a los amortiguadores van...

Si desea absorber la mayor cantidad de potencia de ruido posible, C en el amortiguador debe ser lo suficientemente grande como para que su impedancia sea cercana a 0 y mucho menor que R en la frecuencia de interés. R debe coincidir con la impedancia de la fuente de ruido si desea absorber la máxima cantidad de energía de esa fuente.

1/(2 * pi * 185MHz * 120pF) = 7,17 ohmios.

Entonces, su resistencia de 7 ohmios es óptima. La única mejora que puede hacer al amortiguador es aumentar el condensador de 270pF. Pero tenga cuidado de que la frecuencia de resonancia del nuevo capacitor sea varias veces mayor que su frecuencia de ruido de 185 MHz.

En general...

En mi opinión, 800 mV de ondulación parecen excesivos. Si tiene suficiente capacitancia en la salida del regulador, para empezar, no debería ver tanta ondulación. Intentaría agregar más condensadores cerámicos en la salida del regulador.

Si eso es insuficiente, entonces un filtro de paso bajo que consta de un inductor de 10 nH, un condensador de 10 uF y una resistencia de 63 mOhm formaría un filtro de paso bajo de segundo orden con un corte de 3,16 MHz. Básicamente, esto debería eliminar todo el ruido a 185 MHz. Cuando diseñe el filtro, asegúrese de que R > SQRT(4*L/C) para evitar que suene, y asegúrese de que C tenga una frecuencia de trabajo lo suficientemente alta (o use varios capacitores en paralelo para obtener lo que necesita).

Cualquier timbre en la línea conmutada se debe al inductor y la capacitancia parásita y el principal culpable de la capacitancia parásita es el MOSFET dentro del chip AP3211. Puede tener 100pF de capacitancia fuente-drenaje y, cuando el dispositivo abre circuitos (cada ciclo), el inductor (4,7 uH) resuena con esta capacitancia. La frecuencia de resonancia es (utilizando 100 pF y 4,7 uH): -

1 2 π L C = 7,3 MHz, es decir, nada cerca de 185 MHz.

Obtener un pico de resonancia a 185 MHz significa que la capacitancia parásita interna es de apenas 0,2 pF (y esto es muy poco probable).

Básicamente, mi respuesta es analizar minuciosamente sus observaciones sobre lo que ha visto o medido. También agregaré que poner un amortiguador donde sugieres no tiene sentido porque anula todo el punto de un regulador de conmutación.

La inductancia que provoca el zumbido de borde en los convertidores de conmutación suele ser la inductancia de bucle parásito a través del bucle de conmutación y la fuente de alimentación (por ejemplo, D1, AP3211 MOSFET, C1). Por lo general, esto está en el rango de nH, y 6,2 nH coincide un poco mejor con los números y las expectativas.
@W5VO no es cierto: la bobina resonará con la capacitancia del mosfet cuando la energía del inductor que quede ya no pueda producir un voltaje lo suficientemente bajo como para hacer que el diodo de retorno se conduzca. Desde este punto hasta que el mosfet se vuelve a encender, suena debido a estos componentes.
No sabemos cuáles son las condiciones de carga (ni tenemos imágenes de osciloscopio), lo que dificulta decir con certeza qué está sucediendo. La hoja de datos del AP3211 no menciona el funcionamiento en modo discontinuo ni el funcionamiento con baja corriente en general. Si tiene razón, este problema solo se manifestaría en cargas ligeras. De lo contrario, empeoraría con una corriente de inductor más alta.
Si bien podría ser un artefacto o error de medición, y estoy de acuerdo con su evaluación de que, dado un inductor de 4.7 µH, no se acercará a 185 MHz. También creo que hay otros bucles resonantes en el circuito y, dadas las circunstancias adecuadas, pueden actuar.
@Andyaka, si poner un amortiguador donde sugiero no tiene sentido, entonces ¿por qué se discute aquí?: fairchildsemi.com/application-notes/AN/AN-4162.pdf
@adamb ese es un artículo sobre reguladores de dinero síncronos. El dispositivo en su pregunta no es síncrono. Es hora de publicar tomas de frente para que esto pueda probarse de una forma u otra.
@Andyaka Si bien el artículo puede contener convertidores síncronos, el timbre que se observa en él es producto de la conmutación rápida y las inductancias parásitas. Teniendo en cuenta que se usó un diodo Schottky junto con un convertidor que cambia a 1,4 MHz, no me sorprendería ver formas de onda de voltaje similares.
@W5VO, el operador necesita publicar tomas de alcance para que esto pueda aclararse. El artículo vinculado ciertamente trata sobre el encendido del FET superior y el timbre asociado con eso, pero, dado todo el alboroto, quién sabe qué se midió realmente y cómo se ve la forma de onda.
¿Qué valores de R, C usar en un RC Snubber para reducir el timbre de salida en el regulador de conmutación?
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