Giảm nhiễu nguồn xung

Các kỹ thuật lọc khác nhau có thể được sử dụng để giảm nhiễu của bộ điều chỉnh chuyển mạch. Một loại hoạt động đặc biệt tốt là bộ lọc LC có cuộn cảm mắc nối tiếp với dòng điện và tụ điện từ điện áp được lọc xuống đất. Loại bộ lọc LC này tạo ra một cực kép trong miền tần số. Tùy thuộc vào các giá trị của L và C, tần số góc — trong trường hợp này là cực kép — có thể được đặt theo cách để giảm nhiễu từ tần số chuyển mạch và tần số chuyển tiếp chuyển đổi của nguồn điện chế độ chuyển mạch. Mạch LC bổ sung có chức năng như một bộ lọc thông thấp.

Khi có sự cố nhiễu trong thiết bị điện tử nhạy cảm được cấp nguồn từ chế độ chuyển mạch, thường có thể sử dụng bộ lọc bao gồm L2 và C3 (Hình 1). Điện áp đầu ra của bộ nguồn đang được lọc bởi bộ lọc LC. Nhiễu tần số cao phát ra từ tần số chuyển mạch, thường từ 500 kHz đến 3 MHz, và từ tần số chuyển tiếp chuyển đổi, thường từ 50 MHz đến 200 MHz, bị suy giảm.

Hình 1. Bộ điều chỉnh Buck để cấp nguồn cho các tải nhạy cảm với tiếng ồn với một bộ lọc LC trên đầu ra.
Hình 1. Bộ điều chỉnh Buck để cấp nguồn cho các tải nhạy cảm với tiếng ồn với một bộ lọc LC trên đầu ra.

Vị trí của bộ lọc bổ sung trong mạch là rất quan trọng để lọc thành công. Theo trực giác, người ta sẽ đặt bộ lọc này giữa đầu ra của nguồn điện ở chế độ chuyển đổi và tải nhạy cảm. Tải nhạy cảm như vậy có thể là ADC, DAC có độ phân giải cao, bộ khuếch đại tín hiệu thấp hoặc VCO hoặc PLL nhạy cảm cho mạch RF. Bất kỳ điện áp gợn sóng nào trên đầu ra của bộ điều chỉnh buck sẽ bị suy giảm bởi bộ lọc bổ sung. Trong khi điện áp gợn sóng xuất hiện ở nút A (Hình 1), nhiễu sẽ thấp hơn nhiều ở nút B.

Hình 2. Thường thì một bộ lọc đầu vào bổ sung làm giảm tiếng ồn của hệ thống hơn nhiều so với một bộ lọc trên đầu ra
Hình 2. Thường thì một bộ lọc đầu vào bổ sung làm giảm tiếng ồn của hệ thống hơn nhiều so với một bộ lọc trên đầu ra

Tuy nhiên, nếu nguồn điện ở chế độ chuyển mạch là bộ điều chỉnh buck và bộ lọc LC bổ sung nằm ở đầu vào của bộ điều chỉnh chuyển mạch chứ không phải đầu ra, thì khả năng giảm nhiễu lớn hơn. Điều này được thể hiện trong Hình 2. Lý do cho điều này là một cấu trúc liên kết buck có tương đối ít nhiễu ở phía đầu ra. Cuộn cảm (L1 trong Hình 2) mắc nối tiếp với đường ra, (nút A). Nút này sẽ trải qua một số điện áp gợn sóng, nhưng biên độ thường chỉ vài mV. Giá trị chính xác phụ thuộc vào tần số chuyển mạch được sử dụng, giá trị điện áp đầu vào và đầu ra, và đặc biệt là các giá trị thành phần được chọn của L1 và C2.

Tuy nhiên, phía đầu vào của cấu trúc liên kết buck rất ồn ào. Khi công tắc S1 tắt, không có dòng điện nào chạy vào bộ điều chỉnh buck. Khi bật công tắc S1, toàn bộ dòng điện chạy vào mạch. Tụ điện đầu vào C1 giúp giảm bớt những thay đổi cường độ dòng điện này một chút. Tuy nhiên, tiếng ồn phía đầu vào cao hơn nhiều.

Tiếng ồn ở đầu vào của bộ điều chỉnh buck không được kết nối điện với tải nhạy cảm. Tuy nhiên, trong các mạch thông thường, có nhiều cơ chế ghép nối cho tiếng ồn như vậy. Các dòng điện xoay chiều nhanh trên đầu vào của giai đoạn buck thường được định tuyến khoảng cách xa trên bảng mạch. Dòng điện thay đổi có thể ghép nối cảm ứng lên các phần khác trong mạch và cuối cùng gây ra nhiễu trong mạch tải nhạy cảm.

Lý do mà bộ lọc phía đầu vào hiệu quả hơn trong việc giảm nhiễu so với bộ lọc phía đầu ra là cụ thể cho cấu trúc liên kết buck. Các cấu trúc liên kết khác, chẳng hạn như tăng cường hoặc quay lui, dẫn đến nhiễu cao ở phía đầu ra. Do đó, một bộ lọc LC bổ sung ở phía đầu ra là điều cần thiết để giảm tiếng ồn.

Không có gì bí mật khi cấp nguồn cho các tải nhạy cảm, việc lọc bổ sung nguồn cung cấp điện ở chế độ chuyển đổi có ý nghĩa rất nhiều. Tiếng ồn có thể được giảm thiểu hiệu quả với một bộ lọc như vậy. Điều mà nhiều nhà thiết kế không nhận ra là trong một số tình huống, đặc biệt là với bộ điều chỉnh buck, điều quan trọng là phải lọc phía đầu vào để có hiệu suất tốt nhất. Bằng trực giác, trước tiên người ta sẽ nhìn vào nút giữa bộ điều chỉnh buck và tải đang được cấp điện.

Như đã giải thích trong bài báo, đây là trường hợp mà trực giác của chúng ta không hướng dẫn chúng ta đến giải pháp tốt nhất. Luôn luôn nhìn vào các nút nơi xuất hiện dòng điện xoay chiều, còn được gọi là vòng lặp nóng và đặt bộ lọc bổ sung ngay tại đó. Khi đó tiếng ồn khi chuyển mạch sẽ được giảm thiểu một cách hiệu quả.

Rate this post