La mejor manera de filtrar el ruido de salida DC-DC

Esta pregunta surgió debido al siguiente problema, en el que se desechó una placa de diseño analógico debido al exceso de ruido de los reguladores de conmutación.

eliminando-aquellas-salidas-op-amptia-no-deseadas

El diseño que causó el problema es el siguiente:

Suministro dual basado en LT8471

Mi presupuesto de energía completo es el siguiente: - Entrada: 12V - SalidaRail Load(mA) 5 1040 -5 544 2.5 800 -2.5 800 3.3 16

Este tipo de distribución y diseño de la fuente de alimentación se puede hacer con un montón de reguladores de conmutación, pero mi pregunta es cómo eliminar por completo el ruido de conmutación de los reguladores de conmutación CC-CC.

En mi diseño anterior, intenté usar tapas de filtro de salida de 0.1F, 0.01uF, 47uF, 4.7uF como se sugirió, pero no me ayudó en la medida necesaria.

Estoy pensando en poner un regulador lineal a la salida de DCDC para reducir el ruido. ¿Es esa la solución adecuada, o debería usar un filtro pi? Pero pueden crearme problemas de EMI (realmente no soy un experto en evitar EMI. Mi superior me sugirió que buscara un módulo sin inductor que ayuda a evitar problemas de EMI).

Como mi aplicación es electroóptica, que involucra amplificadores operacionales analógicos, traté de tener un voltaje de ondulación de salida de no más de unos pocos mV, de modo que no me resulte difícil captar señales de amplitudes bajas alrededor de 30 mV.

Estoy de acuerdo con los moderadores que sugieren tener cuidado con el diseño de PCB, pero principalmente quiero tener cuidado con los esquemas tanto como sea posible y luego quiero tener cuidado con el diseño de PCB.

Sugiera técnicas/tutoriales para abordar el ruido en circuitos analógicos de muy bajo nivel de ruido, enfatizando los filtros de ruido que se adoptarán en la salida de los convertidores CC-CC, o debería desechar la idea de usar un CC-CC en sí mismo y optar por el uso lineal. reguladores

EDIT 1: Adición de un filtro CLC en la salida DC-DC:

Con algunas sugerencias de filtros pi, he intentado crear un filtro CLC usando componentes en mi escritorio.

L = 10uH y C siendo 4.7uF, 47uF, 0.1uF y 0.01uF (todos 0603 SMD).

No obtuve un 1nF pero pude ver el ruido suprimido hasta cierto punto, esta configuración está soldada y verifiqué si la salida del filtro es adecuada o no, no soldé esto en la placa real, en su lugar tomé +/- 5V de la placa y verificó la salida del filtro.

Encuentre las imágenes a continuación

Sin filtro CLC:

Sin filtro

Con filtro:

con filtro

Por favor, ayúdame a reducirlo mucho más. ¿Un estrangulador de modo común o agregar un 1nF puede ayudarme más?

¿Un LDO de salida lo reducirá mucho más?

"mi pregunta es cómo eliminar por completo el ruido de conmutación de los reguladores de conmutación dcdc" : es importante darse cuenta de que nunca podrá eliminarlo por completo. Siempre habrá ruido, incluso si usa reguladores lineales o incluso baterías (que en realidad son más ruidosas que los reguladores especiales de bajo ruido). Entonces, el primer paso es dejar de lado la idea de que puedes eliminar todo el ruido. El segundo paso es cuantificar qué ruido es aceptable para tener un objetivo de diseño concreto.
No solo hay ruido de voltaje de salida, hay corrientes de ondulación reflejadas de entrada, hay corriente de ruido de salida conducida por riel y tierra, causada en gran parte por la capacitancia distribuida. Crear una placa de bajo ruido con señales de conmutación es casi un arte negro con muchas matemáticas y también consecuencias en el diseño de la placa. No hay tiempo para analizar algo de esto en una respuesta, pero tenga la seguridad de que puede ser más complicado que solo un filtro en su esquema.
Siempre importa dónde enruta las tapas de los filtros, y eso no aparece en un esquema. Identifique los interruptores y, por lo tanto, las rutas de corriente alterna a través del conmutador, luego minimice el área del bucle de corriente que debe cambiarse cuando ocurre el interruptor. Para hacer esto, seleccione cuidadosamente dónde conecta cada capacitor de alta frecuencia a las líneas y a tierra.
¿La tierra aislada dcdc resolvería mi problema?
resultados actualizados
Regrese a electronics.stackexchange.com/questions/300498/… y examine el filtro PI que dibujé en mi respuesta. NOTA Agregué inductancia en la ruta GND.
¿Por qué necesita filtrar estos ruidos? Creo que el filtro solo ayudará a reducir el ruido conducido... Otro punto, cuando modifica el filtro de salida, modifica la función de transferencia de su sistema y, por lo tanto, la estabilidad de su sistema... Con un filtro LC tiene un filtro de segundo orden mientras que con un filtro Pi tienes un filtro de tercer orden… Puedes tener una idea de la estabilidad de tu sistema haciendo una carga por pasos.

Respuestas (2)

En términos generales, el ruido de alta frecuencia pasará directamente a través de un regulador lineal. Existe la tentación de pensar en ellos cortando todo por encima de un cierto voltaje, pero no funcionan así.

Los inductores se pueden utilizar para bloquear la propagación de formas de onda de ruido, pero el riel del lado de la carga resultante debe estar muy bien desacoplado. Esto se debe a que el inductor bloqueará instantáneamente una demanda transitoria de corriente por parte de la carga (para verlo de manera simple), por lo que la capacitancia debe suministrar esta corriente transitoria en un plazo muy corto. Coloqué una buena cantidad de capacitores a granel y de alta frecuencia en el riel de carga para lograr esto.

No puedo decir que esta sea la solución definitiva, pero este enfoque me ha funcionado muy bien en muchos tableros.

Tuve que producir rieles de suministro analógicos silenciosos a partir de una salida de convertidor CC-CC. Lo hice colocando un filtro pi (CLC) entre mi +15/-15 V CC-CC y el regulador lineal +12/-12 y luego otro filtro pi en la salida de los lineales que conducen al circuito de carga de acondicionamiento de señal analógica y una generosa cantidad de capacitores de 10 uF y 100 nF bien distribuidos en el tablero, cerca de cada carga.

En mis filtros pi, la C era una variedad de valores de capacitores paralelos (1 nF, 100 nF, 47 uF). Pero esto también aseguró suficientes sitios de capacitores en el tablero para que yo experimentara con otros valores durante las pruebas operativas y las pruebas de EMC. La L era 10 uH. También tenía ferritas de perlas de 100 MHz entre la salida DC-DC y el primer filtro pi. (Prefiero no pegar/redibujar el circuito por razones de confidencialidad, pero esto lo describe lo suficientemente bien).

Nuevamente, no puedo decir que esta sea la solución definitiva, pero funcionó muy bien para mí en este tablero.

no se puede vencer a un FGC (condensador muy grande) ;-)
:-D @Neil_UK ¿No están al lado de McDonalds en la calle principal?
¿Puede proporcionarme una referencia de estos diseños de base CLC?
@kakeh, vea la respuesta editada inc. por qué no hay esquema.
@kakeh aquí hay un ejemplo de cálculo del filtro Pi en una nota de aplicación de Maxim maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4713

Los reguladores lineales son buenos para el filtrado dependiente de la carga del ruido de baja frecuencia (por ejemplo, por debajo de 1000 Hz), pero inútiles para filtrar la mayor parte del ruido de conmutación de alta frecuencia en fuentes de alimentación conmutadas y convertidores elevadores. Depende de sus necesidades de energía, pero una buena solución es ejecutar la salida de su convertidor elevador en un multiplicador de capacitancia bien diseñado. Ejecute eso a través de un regulador lineal de baja caída si encuentra uno adecuado para su proyecto. Por debajo de 1000 hz, obtendrá alrededor de 65 db de supresión de ruido del regulador y, por encima de eso, obtendrá una gran cantidad de supresión (alrededor de 65 - 75 db) del multiplicador de límite. Si necesita más, introduzca juiciosamente un filtro pi o T en la cadena. Todo depende de cuáles sean sus necesidades de supresión y potencia en frecuencia.

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