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磁珠的模型与应用

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 楼主 | 2020-11-26 14:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
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:


939305fbf501b0be8b.png

359565fbf56c1a5883.png
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。





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 楼主 | 2020-11-26 14:09 | 显示全部楼层


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

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 楼主 | 2020-11-26 14:54 | 显示全部楼层


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





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 楼主 | 2020-11-26 15:04 | 显示全部楼层
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??

721185fbf531e95ce2.png



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。

393615fbf537f71426.png


所以,问题转换成曲线和R\L\C之间的关系。



929275fbf550f0db96.png





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:

577755fbf55d50ca49.png



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。




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| 2020-11-26 16:13 | 显示全部楼层
我的一个帖子还引来各路大神深挖知识点啊

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| 2020-11-26 17:02 | 显示全部楼层
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?

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 楼主 | 2020-11-26 18:03 | 显示全部楼层
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?



766075fbf7d5100371.png

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 楼主 | 2020-11-26 18:54 | 显示全部楼层


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。


462255fbf892b7e2d2.png

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| 2020-11-27 08:42 | 显示全部楼层
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。

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| 2020-11-27 08:56 | 显示全部楼层
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。

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 楼主 | 2020-11-27 09:07 | 显示全部楼层
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。

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| 2020-11-27 09:12 | 显示全部楼层
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。

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| 2020-11-27 09:29 | 显示全部楼层
给个较完整的信息:

Secend Stage LC Filter.PNG

Fig. 6-14.PNG

Typical Schematic.PNG

Ferrite Bead Selection for Secend LC Filter.PNG

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| 2020-11-27 10:19 | 显示全部楼层
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。

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 楼主 | 2020-11-27 10:24 | 显示全部楼层
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。

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| 2020-11-27 10:25 | 显示全部楼层
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。

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| 2020-11-27 10:42 | 显示全部楼层
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。

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| 2020-11-27 10:48 | 显示全部楼层
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。

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 楼主 | 2020-11-27 11:13 | 显示全部楼层
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。

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| 2020-11-27 13:35 | 显示全部楼层
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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