ADI——BMS电路在与外部电芯连接后,如何利用算法准确识别几乎所有开路?
出处:网络整理 发布于:2025-04-14 15:18:39
答:使用二阶输出滤波器可将超低噪声Module稳压器的输出噪声降低90%以上。选择电容和电感元件时必须谨慎,以确保控制回路能够快速且稳定地运作。这种设计对于无线和射频应用特别有益,因为快速瞬态响应可有效缩短系统消隐时间并提升 信号处理效率。此方法的噪声水平与LDO相当,效率堪比开关稳压器。
噪声敏感器件的功耗不断提高。医疗超声成像系统、5G收发器和自动测试设备(ATE)等应用需要在面积较小的PCB上实现高输出电流(>5 A)、低噪声水平和高带宽。由于对输出电流的需求较高,以前使用的传统双级(降压+低压差(LDO)稳压器)解决方案需要的PCB面积较大,导致功耗较高,因此不太受欢迎。
LTM4702超低噪声?Module稳压器采用ADI专有的Silent Switcher?技 术,兼具超快瞬态响应和超低噪声特性。得益于此,该器件的效率可与同步开关稳压器相媲美,是大电流和噪声敏感型应用的理想选择。在许多应用中,该解决方案可以省去LDO电路,从而节省约60%的LDO成本、至少4 W的LDO功耗以及2 cm?以上的LDO PCB空间(包括间隙)。
二阶LC输出滤波器设计的环路分析在电流模式降压稳压器中,输出阻抗是控制对象。图1为二阶LC 的电路及其典型波特图。为了在有负载时仍能准确调节直流电 压,需要检测VOUT远端节点B。
图1. 电流模式降压稳压器以及二阶LC及其典型波特图
从 VOUT到 iLO的转换函数为:
从转换函数(公式1)可知,二阶LC滤波器会引入频率为谐振频
为了保持相似的负载瞬态性能,添加LC滤波器前后的输出阻抗应该保持一致。换句话说,无论有没有LC滤波器,输出电容都应该大致相同。根据以往的经验,图1中C2的电容值可以与未使用LC时相似,而C1可以使用小得多的电容,以便C1可以主导谐振频率位置。由于C1远小于C2,公式2可以简化为公式3:
建议C1至少为C2值的十分之一。选定C1之后,就可以使用公式3中的谐振频率计算出Lf值。通过检查实际元件的可用性,可以确定合适的C1和Lf值。元件选择注意事项在有效二阶LC滤波器设计中,电容和电感元件的选择至关重要。二阶LC滤波器需要在开关频率下提供足够大的衰减。超低噪声Module稳压器的开关频率较高,约为1 MHz至3 MHz,因此二阶LC中的电感和电容需具备良好的高频特性。C2的选择要求与没有LC的设计类似,因此这里不作讨论。C1和Lf的选择标准如下。
C1电容的选择标准。C1的自谐振频率必须高于开关频率。开关频率下C1的阻抗是二阶LC设计的关键。建议使用陶瓷电容,其自谐振频率可参考其阻抗与频率的关系曲线来确定。通常,典型的0603或0805尺寸陶瓷电容是理想选择,其自谐振频率必须在3 MHz以上。为了承受所需电流,RMS电流额定值应足够高。假设所有交流纹波都经过C1,那么陶瓷电容应能处理较大的RMS纹波电流。可参考陶瓷电容的温升与电流的关系曲线来确定其电流能力。根据经验来看,对于0603尺寸的电容器,约4 A rms是个不错的选择。
Lf电感的选择标准对于8A以下的输出电流,建议使用铁氧体磁珠,因为它具有良好的高频特性且尺寸紧凑。铁氧体磁珠也有助于抑制极高频率的尖峰1。对于8 A以上的输出电流,或者需要较大电感,可能很难找到合适的铁氧体磁珠,因此建议使用传统的屏蔽电感。选择RMS电流额定值足够大的铁氧体磁珠/电感,例如,对于8 A以下的输出电流,选择RMS电流额定值为8 A的电感。建议所选器件的电感值小于?Module器件电感值的10%。
超低噪声?Module设计示例图2为LTM4702的设计示例。该方案兼具超低电磁干扰(EMI)辐射和 超低有效值噪声特性,开关频率可在300 kHz至3 MHz范围内调节。在设计示例中,开关频率设置为2 MHz,以优化12 VIN至1 VOUT应用的噪声性能。根据所提出的LC滤波器设计方法,二阶LC的谐振频 率设置为400 kHz至500 kHz,是开关频率的1/5至1/4。
目标控制环路带宽为100 kHz,LC谐振频率是其4到5倍;C1使用两个 0603 4.7 F电容;铁氧体磁珠BLE18PS080SH1用作Lf,其尺寸为0603, 如图2所示;C2仍使用两个1206 100 F陶瓷电容;谐振频率为424 kHz。
噪声测量对比如图3所示。在2 MHz开关频率下,无LC的输出开关纹波为234 V,添加0603铁氧体磁珠后大幅降低至15 V。
为尽可能降低噪声而添加的二阶LC滤波器,能够将控制环路带宽维持在100 kHz,并保持快速瞬态响应,恢复时间小于10 s。这些结果可以通过对比有无LC滤波器的实验评估来确认。由于恢复时间在10 ?s内,消隐时间可以忽略不计,这对于无线和射频应用是非常不错的表现。ADI公司的LTM4702帮助系统设计开发者解决了负载瞬态消隐时间挑战,避免了信号处理效率低下的问题。
图4. 负载瞬态结果:无LC与有LC(恢复时间在10 ?s内)
结论如何在支持大电流应用的同时尽量减少噪声,并确保高效率和稳定性,是一项棘手难题。添加二阶LC滤波器可以显著降低噪声,但如果优化不当,可能会导致电路不稳定。为了在不影响稳定性的前提下尽可能地降低噪声,应使用优化的二阶LC滤波 器。基于开关频率、控制环路带宽和谐振频率精心选择所需的电感和电容元件,可以有效降低开关噪声,同时保持快速瞬态响应和高带宽特性。
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