Cómo resolver el ruido de la fuente de alimentación conmutada
Apagado, tamaño pequeño, bajo costo y alta eficiencia lo convierten en un gran valor.
Sin embargo, su mayor inconveniente es el alto ruido de salida debido a los altos transitorios de conmutación. Es esta deficiencia la que impide que se utilicen en circuitos analógicos de alto rendimiento alimentados principalmente por reguladores lineales.
Sin embargo, se ha demostrado que en muchas aplicaciones un convertidor de conmutación correctamente filtrado puede reemplazar un regulador lineal para generar una fuente de alimentación de bajo ruido.
Por lo tanto, es necesario diseñar un filtro de etapas múltiples optimizado y amortiguado para eliminar el ruido de salida del convertidor de potencia de conmutación.
El circuito de ejemplo de este artículo utilizará un convertidor elevador, pero los resultados se pueden aplicar directamente a cualquier convertidor CC-CC. La Figura 1 muestra las formas de onda básicas de un convertidor elevador en modo de corriente constante (CCM).
Figura 1. Formas de onda básicas de tensión y corriente de un convertidor elevador
El filtro de salida es importante para una topología de impulso, o cualquier otra topología con modo de corriente discontinua, debido a los rápidos tiempos de subida y bajada de la corriente en el interruptor B. Esto da como resultado una inductancia parásita en los interruptores de excitación, el diseño y los capacitores de salida. El resultado es que, en el uso real, la forma de onda de salida se parece más a la Figura 2 que a la Figura 1, incluso con un buen diseño y capacitores de salida cerámicos.
2. Formas de onda medidas típicas de un convertidor elevador en DCM
La ondulación de conmutación (frecuencia de conmutación) debido a los cambios en la carga del capacitor es muy pequeña en comparación con el timbre no amortiguado del interruptor de salida, en lo sucesivo denominado ruido de salida. Por lo general, este ruido de salida oscila entre 10 MHz y más de 100 MHz, mucho más allá de la frecuencia de resonancia propia de la mayoría de los capacitores de salida de cerámica. Por lo tanto, agregar capacitancia adicional no hace mucho por la atenuación del ruido.
También hay muchos tipos de filtros adecuados para filtrar esta salida. Explicaremos cada filtro y daremos un diseño paso a paso.
Las fórmulas de este documento no son rigurosas y se hacen algunas suposiciones razonables para simplificar estas fórmulas hasta cierto punto. Todavía se requieren algunas iteraciones, ya que cada componente afecta los valores de los otros componentes.
La herramienta de diseño ADIsimPower evita este problema mediante el uso de una fórmula de linealización para los valores de los componentes (como el costo o el tamaño) para optimizar antes de seleccionar los componentes y luego optimizar la salida después de seleccionar los componentes reales de una base de datos de miles de dispositivos. Pero este nivel de complejidad es innecesario cuando se comienza con un diseño. Usando los cálculos proporcionados, usando un simulador SIMPLIS, como el ADIsimPE™ gratuito, o pasando algún tiempo en la mesa de laboratorio, puede llegar a un diseño satisfactorio con un esfuerzo mínimo.
