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[电路/定理] 【原创】 BUCK两级滤波器电路的心得

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 楼主 | 2020-12-26 22:37 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 kk的回忆 于 2020-12-27 02:25 编辑

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        最近看电路有些心得,和论坛的小伙伴们讨论下的。在BUCK 电路中常用一级LC滤波器,
                                                                                          884545fe7490694750.png
         根据传递函数得知,会产生两个极点和180°相移,对于干扰噪声有-40dB/10dec的衰减能力。对于特定产品在RE测试时候,尤其是车载产品,RF的限定标准严苛,滤波效果不好,很容易下高频处超标。就需要用两级LC滤波器。实现-80dB/10dec的衰减能力。但是使用两级的LC滤波器,两个滤波器的极点相互干扰,容易引起环路不稳定的情形发生,尤其是第二级LC滤波器的谐振频率太靠近第一级LC滤波器的谐振频率,就会造成输出波形振荡的状况发生。在我的实际调试同行如下图显示,两级LC滤波器的谐振频率靠的太近,造成PWM开关频率的波形开始振荡。
                                                                               182595fe7491903f6d.png
       根据大量经验公式,第二级LC滤波器的谐振频率fh要大于第一级LC滤波器的谐振频率fl十倍以上,这样系统环路才稳定的。当然,这个十倍的关系,可以通过优化layout,电感电容寄生参数优化,可以根据实际的调试结果减小,这个不是绝对值。
    现在关键的部分来了,如何确定fh和fl的参数。
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       根据RIDLEY大神的文章,这两级LC滤波器,假设Rcf=Rco=0,负载开路Rl=∞,利用mathCAD我重写了传递函数,可以得到:
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       其中wp为第一级LC滤波器的角频率,wf为第二级LC滤波器的角频率。因此可以得到第一级滤波器的谐振频率fl
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       第二级滤波器的谐振频率fh:
265545fe7494fceed2.png
      通过公式可以看出,fl被两级滤波器并联电容和大电感决定的,fh被两级滤波器串联电容和小电感决定的。但是通过实际仿真,是假定Cf>>Co的情形下,fl和fh符合公式的。利用mathCAD和LTSPICE分别进行计算和仿真。
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       通过仿真可以看出,仿真和matchCAD计算相差有相当的差距。但是只要Cf>>Co的条件满足,一般这个差距就会缩小,感兴趣的可以仿真验证的。所以RIDLEY大神的文章中提及的公式是经过化简的,需要满足一定条件的,所以我尝试写出完整的传递函数,利用 EET(extra element theorem)的方法,重写原始传递函数,
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     化简得到两级滤波器的角频率,详细推导过程就不赘述了,感兴趣的可以自己推导的,哈哈。这两个角频率在满足Cf>>Co的情形下,通过归一化处理,可以得到和RIDLEY大神文章中一样的结果。
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                                                                           854625fe749c5515db.png
     然后通过这两个公式,再次带入上文中用到的参数,得到两级滤波器的谐振频率。和仿真结果基本达到了完全一致的。这个推导出来的两级LC滤波器的谐振频率公式不同于现有的简便公式,查找了一些论文文献都没有使用,都是参考RIDLEY的简便公式,我这个算是网内首创的,哈哈。大家可以指点是否有瑕疵的。
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       利用这两个公式,在设计两级滤波器的时候,可以知道电感电容对谐振频率的影响。如果要保证第一次谐振频率不变,但要拉大一二级滤波器谐振频率的距离(保证系统稳定性),可以知道如何选择电感电容的参数。对于电容负载电感负载对谐振频率的影响,感兴趣的小伙伴可以参考RIDLEY大神文章-《Secondary LC Filter Analysis and Design Techniques for Current-Mode-Controlled Converters》《2 second stage filter design》,会大有裨益的。
   这个文章是自己一点心得,写的不对还请论坛大神多多指教。


  
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21小跑堂 打赏了 10.00 元 2021-01-05
理由:恭喜通过原创文章审核!请多多加油哦!

| 2021-1-13 09:53 | 显示全部楼层
明确表示,看不懂。

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| 2021-1-14 11:03 | 显示全部楼层
这是我用旧方法做的5V1A的buck,你这个方法使得噪声到什么水平了?
tek0000.png

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