Часть 3. Преобразователь с учетом паразитных емкостей и индуктивностей.

3.1 Схема преобразователя.

В несем изменения в изначальную схему с учетом паразитных емкости и индуктивности в реальной плате:

Рисунок 24. Схема преобразователя с учетов паразитных эффектов

В данной схеме учтены межвитковая емкость и емкость выводов катушки индуктивности, эквивалентная последовательная индуктивность конденсатора, емкость между слоями печатной платы, а так же неидеальность источника питания.

Рисунок 25. Особенности использования индуктивности в печатной плате

П ри работе в ВЧ диапазоне сопротивление индуктивностей переходных отверстий возрастает. Тогда эту схему можно упростить.

Рисунок 26. Упрощенная схема индуктивности

Напряжение на входе и выходе этой схемы изображено на рис.27.

Рисунок 27. Шум на выходе преобразователя

Отношение уровня сигнала к амплитуде шума для данной схемы:

3.2 Уменьшение влияния паразитных эффектов.

В связи с тем, что катушка L8 будет иметь высокое сопротивление на высоких частотах, то в ВЧ области спектра можно не учитывать ветвь L8-C4. Чтобы подавить высокочастотный шум, нужно добавить в схему еще один конденсатор. Вместе с индуктивностью L1 и сопротивлением R он будет образовывать фильтр нижних частот (рис. 28).

Рисунок 28. Схема с НЧ фильтром

Рисунок 29. НЧ фильтр

Найдем АЧХ этого фильтра:

Рисунок 30. АЧХ НЧ фильтра

Частота среза:

Рисунок 31. ФЧХ НЧ фильтра

На рабочей частоте набег фазы будет равным:

Тем не менее, набег фазы не играет серьезной роли, так как выходное напряжение определяется как среднее за период.

Теперь снова проверим сигнал на выходе:

Рисунок 32. Напряжение на выходе преобразователя с НЧ фильтром

Заключение.

Влияние паразитных эффектов на работу преобразователя постоянного напряжения достаточно велико. Существенным оказывается не только влияние паразитных индуктивностей и емкостей печатной платы, но и влияние неидеальности компонентов устройства. В связи с этим, предпочтительнее использовать компоненты для поверхностного монтажа, вследствие их пониженных емкости выводов, индуктивности, связанной с токами Фуко, и т.д.

Чтобы избежать паразитных эффектов, связанных c разводкой печатной платы, необходимо по возможности избегать перекрытия полигонов на разных слоях печатной платы, а так же избегать лишних переходных отверстий. Если, тем не менее, необходимо использовать переходные отверстия, целесообразно ставить на месте одного несколько таких отверстий. Это делается c целью уменьшения их совокупной индуктивности.

Тем не менее, полностью избавится от паразитных эффектов нельзя. Поэтому целесообразно использовать фильтры нижних частот для подавления шума на входе, как правило, имеющего высокую частоту. Так же по возможности выявлять паразитные контуры и использовать методы (схемотехнические решения) для уменьшения влияния этих контуров (реакция контуров на входной сигнал без шума).

Преобразователь постоянного напряжения на основе микросхемы LT3971A обладает широким диапазоном входного напряжения (от 6.3 до 38 В). Низкая амплитуда выходного сигнала обеспечивает высокую эффективность даже при низком входном напряжении. Потребление тока в режиме холостого хода не превышает всего 2.8 мкА. Рабочий диапазон температур: от -40 до 125 . Частота работы микросхемы может быть выбрана в соответствии с таблицей 2.

Частота прямоугольных импульсов на выходе микросхемы LT3971A, МГц
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2

Таблица 2. Возможности выбора частоты микросхемы LT3971A.

При эксплуатации устройства следует избегать резонансных частот паразитных контуров с целью минимизации уровня шума.