磁珠的模型与应用

xukun977 · 2020-11-26 14:08

本帖最后由 xukun977 于 2020-11-26 15:18 编辑

先介绍个关于磁珠的重要应用：

传统开关电源具有效率高优点、纹波大的缺点，而LDO线性电源的输出噪声和纹波较低，所以一般供电方案是先用开关电源降压，然后用LDO输出低纹波直流。

针对这个问题，今年（2020年）TI推出一款新的开关电源芯片，目标是只使用开关电源，省掉LDO：

如上图所示，这款芯片的输出噪声和纹波之低，已经达到了LDO的水准。

而这种效果的实现，就是依赖于磁珠滤波器，足足把纹波降低了30dB，噪声和纹波是几十uV RMS量级的。

xukun977 · 2020-11-26 14:09

今天论坛有bug，无法上传图片，所以需要自行打开下面的连接，看看TI的这款芯片性能，当然了，价格也很贵。

https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps62913.pdf?ts=1606364107757&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FTPS62913

xukun977 · 2020-11-26 14:54

这个帖子的重点，是关于磁珠的建模问题，来源于这个帖子：

https://bbs.21ic.com/icview-3049604-1-1.html

xukun977 · 2020-11-26 15:04

本帖最后由 xukun977 于 2020-11-26 15:17 编辑

关于建模，第一个基本问题：给定测量到阻抗频率特性（由厂商提供），如何用常规电路元件来模拟？？

如上图所示，磁珠的低频等效是电感，中频是阻性的，高频是容性的，可见，可以用低Q的RLC并联电路来模拟。

所以，问题转换成曲线和R\L\C之间的关系。

另外，各个参数值可能与磁珠中通过的偏置电流，甚至是温度之间都有关系，这就需要用曲线拟合的方法进行建模了：

上图是对等效电感和直流电流之间的关系，进行建模的图示。
等效电感与温度之间关系，建模方法雷同。

vitohu · 2020-11-26 16:13

我的一个帖子还引来各路大神深挖知识点啊

gx_huang · 2020-11-26 17:02

不知道是我理解错了，还是教授讲错了，以下这句话如何理解？
而这种效果的实现，就是依赖于磁珠滤波器，足足把纹波降低了30dB，噪声和纹波是几十uV RMS量级的。

数据手册明明写着，磁珠前后的纹波噪声，哪来的30dB？

xukun977 · 2020-11-26 18:03

gx_huang 发表于 2020-11-26 17:02
不知道是我理解错了，还是教授讲错了，以下这句话如何理解？
而这种效果的实现，就是依赖于磁珠滤波器，足 ...

电工经常在论坛浮夸自己是实战家，重要的依据是擅长看datasheet，怎么突然这个技能失灵了？

xukun977 · 2020-11-26 18:54

这种额外的磁珠滤波，不能直接生搬硬套，在其它开关电源芯片上直接利用的，两级LC滤波，芯片肯定会振荡而不稳定。

gx_huang · 2020-11-27 08:42

本帖最后由 gx_huang 于 2020-11-27 08:50 编辑

xukun977 发表于 2020-11-26 18:03
电工经常在论坛浮夸自己是实战家，重要的依据是擅长看datasheet，怎么突然这个技能失灵了？

你说的磁珠网络滤除的效果30dB，实际上，低纹波是IC的功劳还是磁珠的功劳？还是IC和磁珠网络的组合功劳？
你以为你一个帖子，任何人都跟着完整看一遍数据手册？
清晰简单的结论很重要，不要让人以为磁珠滤波一下，对低频有这么好的效果。
即使没有磁珠，或者把磁珠滤波网络放在反馈环之外，改为LC滤波，只要IC合适，也有低纹波的方案，至于100Hz低频的纹波，绝对是IC的功劳，LC滤波效果不好，磁珠也一样。

gx_huang · 2020-11-27 08:56

一个开关电源，按照设计的开关频率和LC参数，理论纹波20mv左右，实际有100mV左右，那是因为电解电容的等效内阻预估错了。
这个滤波电容内阻对纹波影响巨大。
即使理想的LC，只要开关频率和占空比定了，纹波就定了。后续的LC滤波，滤波效果更加好算了。

xukun977 · 2020-11-27 09:07

gx_huang 发表于 2020-11-27 08:42
你说的磁珠网络滤除的效果30dB，实际上，低纹波是IC的功劳还是磁珠的功劳？还是IC和磁珠网络的组合功劳？
...

到底是项目经理，说话就是不一样！

自己不看datasheet，还来怪人家没早上图，自己懒的锅要甩给别人。

gx_huang · 2020-11-27 09:12

xukun977 发表于 2020-11-27 09:07
到底是项目经理，说话就是不一样！

自己不看datasheet，还来怪人家没早上图，自己懒的锅要甩给别人。 ...

本人从来没有做过项目经理，教授的眼光好厉害，这都可以凭空想象。
即使我曾经说过负责了很多项目做了很多项目，也只是技术负责参与。

HWM · 2020-11-27 09:29

给个较完整的信息：

Ferrite Bead Selection for Secend LC Filter.PNG

gx_huang · 2020-11-27 10:19

没研究过BUCK电路的环路稳定性，或者说没定量分析计算过。
如果简单的把环路反馈从二级LC之后获取，没有其它补偿，很容易导致环路不稳定，导致频率远低于开关频率的低频波动。

xukun977 · 2020-11-27 10:24

gx_huang 发表于 2020-11-27 09:12
本人从来没有做过项目经理，教授的眼光好厉害，这都可以凭空想象。
即使我曾经说过负责了很多项目做了很 ...

看看，H大师就不懒，告诉你某个芯片型号，百度一下就能搜到相关datasheet，举手之劳。

带人做项目，最好能满足两个条件=~
1是基本功要扎实，不要路思乱想。
例如上面有人没搞清LC在闭环内、和闭环外的区别，天真的以为效果一个样。以及没搞清磁珠和电感的不同？。
2.工头和人聊天沟通交流的能力要强，不能出现讲话费劲的尴尬。

HWM · 2020-11-27 10:25

gx_huang 发表于 2020-11-27 10:19
没研究过BUCK电路的环路稳定性，或者说没定量分析计算过。
如果简单的把环路反馈从二级LC之后获取，没有其 ...

这个，实际上是LC滤波。IC特别为10nH~50nH电感作了优化，所以可以用相应的磁珠所为电感使用。

注意电路图上“磁珠”参数标的是电感量。

gx_huang · 2020-11-27 10:42

xukun977 发表于 2020-11-27 10:24
看看，H大师就不懒，告诉你某个芯片型号，百度一下就能搜到相关datasheet，举手之劳。

带人做项目，最好 ...

说的太对了，不要和工人先谈理论，也不要和工程师先谈经验。

gx_huang · 2020-11-27 10:48

已知的芯片，从来不会去百度搜，千万不要自己怎么做的就以为别人也会怎么做。
还有补充一下，和教授打交道，只有2个字，“请教”即可，其它基本多余。

xukun977 · 2020-11-27 11:13

gx_huang 发表于 2020-11-27 10:48
已知的芯片，从来不会去百度搜，千万不要自己怎么做的就以为别人也会怎么做。
还有补充一下，和教授打交道 ...

汉语博大精深，老实人是想不通的，以前多次举例说明。

例如拼多多，凑够88元可提现，为此要通过逛街等方式赚。这时汉语博大精深说法来了——最高20元——人家说最高，但没说最低啊。所以你逛60秒，给你发0.01元，累死你，也凑不够88元。

电工界最常见的博大精深术语，就是【根据经验】，碰到没法解释的结果，不但能保住面子权威，甚至让人崇拜，感觉很高深，另外简洁有力的解释就是——这个是根据经验得到的！

汉语之博大精深，老实人要好好体会。

gx_huang · 2020-11-27 13:35

普通的工程师，要有自己的分析计算，不要轻易相信别人的结论。
BUCK电路，负载一定，要想纹波小，关键是开关频率高一些、L大一些尽量处于电流连续状态、C大一些，当然C尽量理想一些，内阻要小。
至于LC滤波，自己根据特性很好计算的，即使计算误差大一些也没有关系。
如果想抑制低频噪声，电感比磁珠好，要抑制高频噪声，磁珠才有较好效果。
凡是包含DC/DC电路的产品，送过EMC测试的都知道，想简单的用磁珠滤波，低频几乎无效的。同样，如果100M或者更高频段，那种大电感也是无效的。
最主要的一点，上面你做的最好了，布局走线不好，一切泡汤。

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