Induktive Drossel mit Bypass-Kondensatoren?

Ich habe mir einige Stromversorgungsschaltungen angesehen, und einige von ihnen schlagen eine induktive Drossel mit einem großen Bypass-Kondensator vor, gefolgt von kleineren Bypass-Kondensatoren.

Theoretisch interpretiere ich den Zieleffekt folgendermaßen:

Bypass-Kondensatoren bieten eine niedrige Impedanz bei hohen Frequenzen, und die Induktivität verhindert, dass Stromstöße eintreten / austreten.

Bei Verwendung eines Induktor-Inline- und eines Entkopplungskondensators wird im Wesentlichen eine Serien-LC-Schaltung erzeugt. Eine der Eigenschaften von LC-Schaltkreisen ist nun, dass sie eine Resonanzfrequenz haben. Ich habe eine LC-Schaltung mit einer angeschlossenen rein ohmschen Last modelliert, um zu simulieren, was die Schaltung unter verschiedenen Arten von Lasten tat:

VG1 ist eine Spannungsquelle zur Simulation von Rauschen und VM1 ist ein Produkt der Simulationssoftware zur Messung von Spannungen (ich verwende TINA-TI).

Hier ist das resultierende Bode-Diagramm für diese Schaltung:

Wie erwartet wird das Hochfrequenzrauschen sehr effektiv reduziert (wenn ich mich nicht irre, sollte es außerhalb des Spitzenbereichs mit 40 dB pro Jahrzehnt abfallen). Es gibt jedoch diese bedrohliche Spitze bei etwa 20 kHz, bei der das Rauschen tatsächlich sehr effektiv von der Resonanzfrequenz verstärkt wird.

Ist dies normalerweise kein Faktor bei der Regelung der Stromversorgung einer Platine? Warum reicht der RC-Filter mit Bypass-Kondensatoren nicht aus? Liegt es daran, dass die für ein effektives RC-Filter erforderliche Kondensatorgröße zu hoch ist? Oder fehlt mir etwas in meinem Modell?

Das Beispiel für die empfohlene Leistungsfilterung stammt von Atmel für die AVR-Mikrocontroller.

Ich bin mehr für einen RC-Filter als für einen LC, und die Resonanz ist ein Grund. Sie haben eine hohe Rauschunterdrückung oberhalb der Resonanzfrequenz, aber kaum etwas darunter. Wenn Sie dann eine niedrige Grenzfrequenz wünschen, kann der Induktor unpraktisch groß werden.

Ich habe Schaltkreise gesehen, in denen EMI-Ferritperlen verwendet werden, aber diese sind fast unbrauchbar. Sie haben eine Impedanz nahe Null bei Gleichstrom, aber ihre Spitzenimpedanz (oft einige hundert Ohm) liegt oft über 50 MHz, so dass viel Rauschen kaum gefiltert wird.

Das RC-Filter ist jedoch nicht ideal: Der Widerstand hat einen Spannungsabfall, und wenn Sie einen niedrigen Widerstand wählen, benötigen Sie einen ziemlich großen Kondensator, um die niedrige Grenzfrequenz aufrechtzuerhalten. Ein RC-Filter kann akzeptabel sein, wenn der Mikrocontroller nicht viel Strom benötigt (vergessen Sie nicht, was er an seine E / A liefert!), Aber bei 5 mA fallen 100 Ω bereits um 500 mV ab, was in Ordnung ist, wenn der Die Eingangsspannung ist speziell dafür etwas hoch gewählt, was Sie sich aber vielleicht nicht leisten können.

Der richtige Weg, dies zu tun, besteht darin, einen geeigneten Wert und ESR für C1 in Ihrem Schaltplan auszuwählen, um die Resonanz zu dämpfen.

Beispiel:

• Ausgangswiderstand der Stromversorgung: 10 mOhm
• Gesamtinduktivität 100µH (einschließlich Drähte)
• Kapazität 10µF

Da der Dämpfungsfaktor Eta = R / 2 sqrt (C / L) ist und wir Eta> 1 wollen, erhalten wir leicht:

R> 2 m² (L / C)

In diesem Fall ist R> 6 Ohm, also schalten Sie einen Widerstand in Reihe mit Ihrer Kappe.

Ein besseres Schema wäre 100µF und 3 Ohm. Fügen Sie eine lokale Kappe von 1 µF hinzu, um hohe Frequenzen zu gewährleisten. Es klingelt nicht mit dem Induktor.

Simulieren Sie die Schaltung, Sie werden sehen ...

Dies verschlechtert natürlich die HF-Unterdrückung geringfügig, aber Sie erhalten keine Spitze.