Điều gì Tạo nên một Bộ Điều Chỉnh Điện Áp Ít Nhiễu?

Created: Tháng Tám 13, 2021
Updated: Tháng Bảy 1, 2024

Mạch tích hợp (IC) của bạn cần nguồn điện một chiều (DC) ổn định để hoạt động đúng cách, và độ ồn thấp là yêu cầu tiêu chuẩn đối với bất kỳ bộ điều chỉnh DC nào. Trong một số trường hợp, bạn có thể lo lắng về một vài dB của điều chỉnh tải thêm miễn là độ ồn có thể được lọc, nhưng các ứng dụng đòi hỏi thời gian chính xác cực cao và các thành phần với phạm vi điện áp đầu vào hẹp rất cần điện áp DC ổn định với nội dung độ ồn thấp. Vậy làm thế nào bạn có thể xác định chính xác giới hạn của độ ồn thấp, và loại bộ điều chỉnh nào là tốt nhất cho các ứng dụng này?

Nếu bạn chưa bao giờ xem qua các thông số kỹ thuật của bộ điều chỉnh điện áp, bạn có lẽ phải dựa vào ngôn từ quảng cáo để tìm một bộ điều chỉnh điện áp độ ồn thấp cho hệ thống tiếp theo của mình. Tuy nhiên, bộ điều chỉnh bản thân không phải là toàn bộ câu chuyện, và còn có các thành phần khác và chiến lược bố trí cần thiết để đảm bảo bộ điều chỉnh cung cấp đầu ra DC ổn định độ ồn thấp. Dưới đây là những gì bạn cần biết về các loại bộ điều chỉnh độ ồn thấp khác nhau và cách chọn thành phần tốt nhất cho nhu cầu của bạn.

Nguyên tắc Cơ bản của Bộ Điều Chỉnh Điện Áp Độ Ồn Thấp

Một bộ điều chỉnh điện áp độ ồn thấp có thể kỹ thuật được xây dựng từ bất kỳ cấu trúc nào; cách bạn làm cho độ ồn đủ thấp để sử dụng thực tế là một vấn đề khác cần được giải quyết bởi nhà thiết kế thành phần hoặc mạch. Thành phần bộ điều chỉnh bạn chọn sẽ có nhiều thông số kỹ thuật quan trọng, nhưng ba thông số sau sẽ cho bạn biết cơ bản mọi thứ bạn cần về khả năng xử lý độ ồn của bộ điều chỉnh (cả độ ồn phát sinh bên trong và bên ngoài).

Tỷ lệ từ chối nguồn cung cấp (PSRR). Nói ngắn gọn, thông số này cho bạn biết bao nhiêu độ ồn dẫn (tính bằng dB) từ nguồn cung cấp phía trên được bộ điều chỉnh từ chối. Bộ khuếch đại lỗi trong một LDO đảm bảo PSRR cao (tương tự như một bộ chuyển đổi), mặc dù chúng không hiệu quả nếu việc giảm bước cao là cần thiết.
Điều chỉnh đầu ra. Điều này có thể được đo bằng dB so với một giá trị danh nghĩa hoặc dưới dạng phần trăm. Các bộ điều chỉnh độ ồn thấp thực sự nên có giá trị điều chỉnh đầu ra rất thấp; các thành phần tốt nhất sẽ có xếp hạng điều chỉnh dưới 1%. Thông số này cũng có thể được định nghĩa theo dạng đầu ra RMS là một phần của điện áp đầu ra danh nghĩa.
Mật độ công suất ồn. Điều này cho thấy lượng độ ồn bạn sẽ mong đợi thấy trên một phạm vi tần số tùy ý. Phạm vi liên quan có thể được lấy từ DC đến tần số cao rất cao (100 kHz đến 1 MHz), hoặc đến tần số chuyển đổi cho một bộ điều chỉnh chuyển đổi.

Cả ba đại lượng nêu trên đều phụ thuộc vào tần số. Lưu ý rằng mật độ công suất ồn bao gồm tất cả các nguồn độ ồn phát sinh bên trong, bao gồm cả bất kỳ tiếng ồn chuyển đổi nội bộ nào. Ba thông số kỹ thuật này cần được xem xét cùng nhau khi chọn một bộ điều chỉnh điện áp độ ồn thấp. Ví dụ, điều chỉnh đầu ra thấp và mật độ công suất ồn không có ý nghĩa nếu đầu vào có PSRR 0 dB. Tương tự, PSRR không quan trọng nếu giá trị điều chỉnh đầu ra rất cao.

Xây dựng Bộ Điều Chỉnh từ Các Thành Phần Rời rạc

Các mạch hỗ trợ khác trên đầu ra từ một bộ điều chỉnh điện áp hoặc bên trong chính IC điều chỉnh có thể giúp giảm tiếng ồn trên đầu ra của bộ điều chỉnh. Ví dụ, nếu bạn đang tự xây dựng bộ điều chỉnh tuyến tính của mình từ các thành phần rời rạc, việc sử dụng một bộ nhân dung lượng là một cách đơn giản nhưng hiệu quả để giảm tiếng ồn; cấu trúc này thường được sử dụng trong các bộ điều chỉnh âm thanh hoặc RF tần số thấp mà không cần đến các thành phần đặc biệt. Một ví dụ khác là bộ điều chỉnh hoạt động, cung cấp giảm tiếng ồn lý thuyết hoàn hảo. Nếu bạn muốn giảm tiếng ồn thêm nữa, bạn cần bộ lọc bổ sung trên đầu vào/đầu ra, hoặc bạn cần sử dụng một giải pháp tích hợp được kỹ thuật cao. Bạn cũng nên xem xét cách lọc trên đầu ra và tần số chuyển mạch của bạn ảnh hưởng đến nội dung tiếng ồn trong bộ điều chỉnh của bạn.

Vai trò của Tần số Chuyển Mạch và Lọc

Nếu bạn đang tìm kiếm một bộ chuyển đổi chuyển mạch, bạn sẽ thêm một số tiếng ồn vào đầu ra từ bộ điều chỉnh. Về cơ bản, một bộ điều chỉnh chuyển mạch chuyển đổi dao động tần số thấp từ một nguồn AC thành tiếng ồn tần số cao, được phân tán khắp băng thông của tín hiệu PWM. Điều này nên giải thích lý do tại sao nhiều thành phần bộ điều chỉnh điện áp ít tiếng ồn là LDOs; chúng không có tiếng ồn chuyển mạch. Xem bài viết này để tìm hiểu thêm về thiết kế bộ chuyển đổi chuyển mạch và cách chọn tần số tốt nhất cho bộ chuyển đổi của bạn.

Phổ tiếng ồn được tạo ra bởi một bộ chuyển đổi buck hoạt động ở hai chế độ so với giới hạn CISPR. [Nguồn]

Cuối cùng, nếu bạn cần nội dung tiếng ồn rất thấp từ bộ điều chỉnh của mình, một bộ lọc thông thấp cấp cao có thể được sử dụng để loại bỏ một số nội dung tiếng ồn từ thiết bị. Các bộ lọc này có thể được thiết kế từ các thành phần thụ động, mặc dù hãy cẩn thận với bố trí của bạn khi làm việc với dòng điện cao với một bộ điều chỉnh chuyển mạch; hành động chuyển mạch tạo ra một trường từ mạnh có thể gây ra dòng điện trên đầu ra của bộ lọc, sau đó lan truyền xuống các thành phần khác.

Hai Ví dụ về Bộ Điều Chỉnh Điện Áp Ít Tiếng Ồn

STMicroelectronics, LD56100

Đối với các ứng dụng điện áp thấp, dòng điện vừa phải, dòng LD56100 từ STMicroelectronics là một LDO ít tiếng ồn cung cấp đến 5.5 V đầu ra với dòng điện 1 A. Nó cung cấp điện áp sụt thấp rất thấp là 120 mV với đầu ra được ổn định bằng tụ điện gốm tích hợp. PSRR được đánh giá ở mức 70 dB (tần số 1 kHz) với tiếng ồn 0.13 mV RMS tại đầu ra 3 V.

Sơ đồ khối cho bộ điều chỉnh LDO ít tiếng ồn LD56100. Nguồn: Tài liệu dữ liệu LD56100.

Analog Devices LTC7151S

Một ví dụ về bộ điều chỉnh điện áp ít tiếng ồn, giá thấp là LTC7151S từ Analog Devices. Bộ điều chỉnh ít tiếng ồn SMD này cung cấp tần số chuyển mạch có thể điều chỉnh do người dùng từ 400 kHz đến 3 MHz với trình điều khiển PWM tích hợp, làm cho nó trở thành lựa chọn xuất sắc cho các hệ thống cần một bộ chuyển đổi công suất cao với tổn thất thấp. Dải đầu vào lên đến 20 V, và dải đầu ra lên đến 5.5 V với 15 A cung cấp cho tải. Hai chế độ điều chỉnh nguồn cung cấp được cung cấp, cả hai đều duy trì điều chỉnh tải đầu ra dưới 0.25% trên toàn bộ dải dòng điện đầu ra.

Mạch ứng dụng bộ điều chỉnh điện áp ít tiếng ồn LTC7151S. Nguồn:

LTC7151S datasheet.

Các Linh Kiện Khác cho Hệ Thống Điện

Một bộ điều chỉnh điện áp ít tiếng ồn không thể đạt được tiếng ồn thấp một mình, và phần điều chỉnh của bạn sẽ cần các linh kiện khác để cung cấp công suất đầu ra mong muốn và mức tiếng ồn thấp. Đối với việc điều chỉnh chính xác trong các hệ thống công suất cao, việc duy trì ổn định và đảm bảo tiếng ồn thấp cùng một lúc là một thách thức lớn, đòi hỏi một loạt các linh kiện quản lý điện khác. Dưới đây là một số linh kiện khác bạn có thể cần cho sản phẩm của mình:

Khi bạn đang tìm kiếm một bộ điều chỉnh điện áp ít tiếng ồn và các linh kiện khác cho hệ thống mới của mình, bạn có thể tìm thấy tất cả các linh kiện bạn cần với các tính năng tìm kiếm và lọc tiên tiến trên Octopart. Khi bạn sử dụng công cụ tìm kiếm điện tử của Octopart, bạn sẽ có quyền truy cập vào dữ liệu giá của nhà phân phối hiện tại, hàng tồn kho, và thông số kỹ thuật của linh kiện, và tất cả đều dễ dàng truy cập trong giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang linh kiện PMIC của chúng tôi để tìm các linh kiện bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.