Filtracja zasilania w układach elektronicznych: Schematy i rozwiązania
- Szczegóły
W nowoczesnych układach elektronicznych, stabilne i czyste zasilanie jest kluczowe dla poprawnego działania. Szczególnie wrażliwe na zakłócenia są mikrokontrolery i układy analogowe, gdzie nawet niewielkie wahania napięcia mogą prowadzić do błędów lub pogorszenia parametrów.
Problem zasilania stabilizatora LDO
Na forum poruszono problem zasilania stabilizatora LDO 3,3V, który na wyjściu generuje 4,2V, mimo zasilania 5V z portu USB. Użytkownik zauważył, że napięcie wzrasta od 3,4V do 4,2V, co może być spowodowane zakłóceniami z przetwornicy USB.
Uczestnicy dyskusji sugerują zastosowanie filtru LC, zwiększenie pojemności kondensatorów na wejściu stabilizatora oraz sprawdzenie parametrów stabilizatora, w tym ESR kondensatorów. Wskazano również na możliwość błędów pomiarowych oraz na konieczność obciążenia przetwornicy, aby uzyskać stabilne napięcie.
Filtry LC i kondensatory
Dobrze dobrany filtr LC załatwi sprawę. LM także miał takie objawy więc sugerowałem filtr LC lub kondensator o dużej pojemności. Względnie użycie innej przetwornicy.
Przy stabilizatorach LDO trzeba bardzo uważać na dobór pojemności wyjściowej i jej ESR, szczególnie ważny jest ESR nie może być ani za mały ani za duży. W wymienionym przypadku to nie jest konieczne.
Przeczytaj także: Zastosowanie Filtracji Zasilania
Może by tak zwiększyć pojemność na wejściu? Spróbować można. Tylko tak czy inaczej nie wiadomo co konkretnie jest przyczyną takiego stanu rzeczy.
Koraliki ferrytowe w filtracji zasilania
Doprowadzenie zasilania wysokiej jakości do poszczególnych elementów nie jest możliwe bez użycia elementów indukcyjnych w liniach zasilania. Jest chyba zupełnie zrozumiałe, że każdy układ analogowy, który zasilany jest napięciem stałym, będzie działał inaczej, jeżeli na szynie zasilania pojawi się składowa zmienna.
Jednym z sposobów na filtrowanie zasilania jest umieszczenie w sygnale indukcyjności. Element indukcyjny wykazuje opór tym wyższy, im wyższa jest częstotliwość sygnału, co oznacza, że tłumi sygnały zmienne.
Przy niskich częstotliwościach (<100 kHz) ferryty mają charakter indukcyjny, dlatego są przydatne w dolnoprzepustowych filtrach filtrujących LC. Powyżej 100 kHz ferryty stają się głównie rezystancyjne (niskie Q). Impedancja ferrytu jest funkcją materiału, zakresu częstotliwości pracy, prądu polaryzacji stałoprądowej, liczby zwojów, rozmiaru, kształtu i temperatury.
Koraliki ferrytowe nie zawsze są konieczne, ale zapewniają dodatkową izolację i filtrowanie zasilania od szumów o wysokiej częstotliwości, co jest często bardzo pożądane. Głównym problemem przy ich stosowaniu jest szansa ich nasycania, szczególnie w momencie, gdy zasilany układ pobiera spory prąd. Kiedy ferryt ulega nasyceniu, wtedy staje się nieliniowy i traci swoje właściwości filtrujące.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
W przypadku zastosowania koralika ferrytowego wraz z kondensatorem filtrującym możliwe jest zaobserwowanie rezonansu w układzie LC. Ten często pomijany efekt może być szkodliwy, ponieważ może wzmacniać tętnienia i szumy w danym systemie, zamiast je tłumić.
Metody tłumienia rezonansu w układach z koralikami ferrytowymi:
- Dodanie rezystora szeregowego z kondensatorem filtrującym.
- Dodanie równoległego rezystora o niewielkim oporze do koralika ferrytowego.
- Dodanie dużego kondensatora (CDAMP) z szeregowym rezystorem tłumiącym (RDAMP).
Zasilanie mikrokontrolerów
Zasilanie mikrokontrolera to "temat rzeka". różne mikrokontrolery (nawet tego samego producenta) mogą mieć różne potrzeby dot. Dołożyłem kondensator 100nF w pobliżu pinu VCC procesora ... procesor przestał się zawieszać.
Każdy mikrokontroler ma dokładnie określony poziom napięć zasilających, przy których producent gwarantuje jego poprawną pracę.
Zasady filtrowania zasilania dla mikrokontrolerów:
- Nx100nF + 1x10µF. N - to liczba par pinów zasilających.
- Podobne zasady filtrowania zasilania dotyczą wszystkich innych układów scalonych.
- Do kondensatorów ceramicznych, powinieneś/możesz przewidzieć dodatkowo kondensatory elektrolityczne lub tantalowe, zarówno na wejściu jak i wyjściu.
Stabilizacja napięć ujemnych
Ujemne napięcia bywają potrzebne w wielu różnych zastosowaniach. Specyfikacja tych napięć może różnić się znacząco. Większość systemów wymaga wielu szyn zasilania z różnymi napięciami.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Jednym z najprostszych sposobów otrzymania ujemnego napięcia jest dodanie kolejnego uzwojenia do transformatora istniejącego już w zasilaczu. Poprzez sprzężenie transformatora energia zgromadzona w rdzeniu transformatora (topologia flyback) lub prąd płynący przez uzwojenie pierwotne (topologia przepustowa/forward) jest przekazywana do uzwojenia wtórnego.
Pompy ładunkowe składają się z kondensatorów i przełączników. Ładunek jest gromadzony na kondensatorze, a następnie poprzez sprytne przełączanie może być dodany do różnych szyn w celu podwojenia napięcia. Ta sama technika może również służyć do zamiany dodatnich napięć na napięcia ujemne. Ograniczeniem jest jednak maksymalny prąd wyjściowy, typowo 100 mA.
Parametry regulatorów napięcia
Twoje układy scalone potrzebują stabilnego zasilania DC do prawidłowego działania, a niski poziom szumów jest standardowym wymaganiem dla każdego regulatora DC.
Kluczowe parametry regulatorów napięcia:
- Stosunek odrzucenia szumów zasilania (PSRR).
- Regulacja wyjścia.
- Gęstość mocy szumów.
Te trzy specyfikacje należy rozważyć razem przy wyborze regulatora napięcia o niskim poziomie szumów. Na przykład, niska regulacja wyjścia i gęstość mocy szumów są bez znaczenia, jeśli wejście ma 0 dB PSRR.
Podsumowanie
Filtracja zasilania jest kluczowym aspektem projektowania układów elektronicznych, wpływającym na ich stabilność i niezawodność. Dobór odpowiednich komponentów i topologii filtracji zależy od specyficznych wymagań aplikacji i charakterystyki zasilanego układu.
tags: #ldo #filtracja #zasilania #schemat
