Comment résoudre le bruit de l'alimentation à découpage
La mise hors tension, la petite taille, le faible coût et le rendement élevé en font un excellent rapport qualité-prix.
Cependant, son plus grand inconvénient est le bruit de sortie élevé dû aux transitoires de commutation élevés. C'est cette lacune qui les empêche d'être utilisés dans des circuits analogiques performants principalement alimentés par des régulateurs linéaires.
Cependant, il a été prouvé que dans de nombreuses applications, un convertisseur à découpage correctement filtré peut remplacer un régulateur linéaire pour générer une alimentation à faible bruit.
Par conséquent, il est nécessaire de concevoir un filtre multi-étages optimisé et amorti pour éliminer le bruit de sortie du convertisseur de puissance à découpage.
L'exemple de circuit de cet article utilisera un convertisseur élévateur, mais les résultats peuvent être directement appliqués à n'importe quel convertisseur CC-CC. La figure 1 montre les formes d'onde de base d'un convertisseur élévateur en mode courant constant (CCM).
Figure 1. Formes d'onde de tension et de courant de base d'un convertisseur élévateur
Le filtre de sortie est important pour une topologie boost, ou toute autre topologie avec un mode de courant discontinu, en raison des temps de montée et de descente rapides du courant dans le commutateur B. Cela entraîne une inductance parasite dans les commutateurs d'excitation, la disposition et les condensateurs de sortie. Le résultat est qu'en utilisation réelle, la forme d'onde de sortie ressemble plus à la figure 2 qu'à la figure 1, même avec une bonne disposition et des condensateurs de sortie en céramique.
2. Formes d'onde mesurées typiques d'un convertisseur élévateur en DCM
L'ondulation de commutation (fréquence de commutation) due aux changements de charge du condensateur est très faible par rapport à la sonnerie non amortie du commutateur de sortie, ci-après appelée bruit de sortie. En règle générale, ce bruit de sortie varie de 10 MHz à plus de 100 MHz, bien au-delà de la fréquence de résonance propre de la plupart des condensateurs de sortie en céramique. Par conséquent, l'ajout d'une capacité supplémentaire ne fait pas grand-chose pour l'atténuation du bruit.
Il existe également de nombreux types de filtres adaptés pour filtrer cette sortie. Nous expliquerons chaque filtre et donnerons une conception étape par étape.
Les formules de cet article ne sont pas rigoureuses et certaines hypothèses raisonnables sont faites pour simplifier ces formules dans une certaine mesure. Certaines itérations sont encore nécessaires, car chaque composant affecte les valeurs des autres composants.
L'outil de conception ADIsimPower évite ce problème en utilisant une formule de linéarisation pour les valeurs des composants (telles que le coût ou la taille) à optimiser avant de sélectionner les composants, puis d'optimiser la sortie après avoir sélectionné les composants réels dans une base de données de milliers d'appareils. Mais ce niveau de complexité n'est pas nécessaire lors du démarrage d'une conception. En utilisant les calculs fournis, en utilisant un simulateur SIMPLIS, tel que le logiciel gratuit ADIsimPE™, ou en passant du temps sur la paillasse de laboratoire, vous pouvez arriver à une conception satisfaisante avec un minimum d'effort.
