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信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(一)
信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(二)
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信号振铃遇到过没?来聊聊为啥(二)

大家好,我是硬件微讲堂。很高兴能分享我的第3篇原创文章。

上周发了关于信号振铃(一) 的文章,正好这周在一个微信群里看到小张问到有关振铃的波形问题。

小李说是阻抗不匹配(不连续)导致产生振铃。

另外,小王也发出来之前遇到过的类似波形,予以求证原因。而小赵站出来说,这个并不是阻抗不匹配,不能用这个理论解释。

可以看出,大家对这个现象还是很感兴趣,同时也有很大疑虑,所以我觉得有必要再聊一聊。

SW在什么情况下会出现振铃?

既然小张说是电源上的SW,那么我们就找个电源分析下这个SW。

下图是用TI的LMR14020搭建的Buck电路。仿真软件是TINA-TI。Vin=20V,Vout=3.3V,Imax=2A。

(点击可查看高清大图)

当我们把负载Rload设置为3.3Ω,即输出电流为1A时,获得的VSW和Iinductor波形如下图所示:

当我们把负载Rload设置为66Ω,即输出电流50mA(轻载)时,获得的VSW和Iinductor波形如下图所示:

看着下面的Vsw是不是有点像小王发出来的SW波形,由于这个仿真波形是用放大后的截图,不可避免的有些波形细节不能体现。我们再用仿真示波器看看Vsw实时的波形,如下图所示:

Vsw仿真的示波器波形非常接近小王发出来的实际示波器波形,如下图。

通过这个对比,我们基本可以得出阶段性结论:Vsw上的振铃波形是在电源负载轻载下获得的在正常负载或重载下,则不会出现振铃。

但是,如果你要问多大算轻载,多大算重载,这是个好问题,但不好意思,我无法回答。因为每个电源系统带载能力不同,负载属性也不同(有的纯阻性,有的偏感性),所处工作环境不同,对电源系统的状态也有影响。

SW为什么会出现振铃?

说到为什么SW会出现振铃,上周的文章中讲到振铃可以从两个维度来分析。

维度1:从传输线理论维度,信号反射,是阻抗不连续导致的!

维度2:从LC谐振维度,LC有发生串联谐振,LC谐振的选频特性将信号状态切换时的高次谐波频率分量选出并放大,叠加到基波上进而形成振铃。

前面小李说的“阻抗不匹配”,这个不能说没道理,只是我个人觉得,在这里用传输线的理论来解释不合适,而从LC谐振维度去分析更为合适

细心的小伙伴会发现,在上面仿真的Vsw和Iinductor波形之间存在对应关系。如下图所示:

红色区域,标记为①,Vsw为高电平,此时Buck的MOS管(上管)导通,Vin给电感L和负载充电,所以电感电流Iinductor上升。

通过电感的公式,也可以理解,此时电感电流以一定斜率(di/dt)上升,所以电感上表现的电压Vsw为一个固定值。

蓝色区域,标记为②,Vsw为低电平,测试Buck的MOS管(上管)关断,由电感储存的能量来给负载供电,并靠二极管来续流,完成通路。所以此时电感电流Iinductor下降。

同样结合公式,电感电流以一定斜率(di/dt)下降,所以Vsw也表现为一个固定值。

橙色区域,标记为③,Vse表现为振荡,此时电感内储存的能量已释放完,电流已基本为零,引起二极管续流截止。理论上此时回路断开,不存在闭合回路。但是由于电感周围存在很多寄生电容,如PCB的分布电容、二极管的寄生电容等,形成了LC振荡回路。

同样结合公式,电感电流Iinductor降为0,对于di/dt却是发生了巨变。L恒定,则V也发生巨变,产生很大的反向电动势。由于电感回路存在阻抗,所以这个振荡表现为带阻尼的振荡,由此振铃出现!

总  结

1、SW在什么情况下出现振铃:Vsw上的振铃波形是在电源负载轻载下获得的。在正常负载或重载下,则不会出现振铃。

2、SW为什么会出现振铃:在这里用传输线的理论来解释不合适,而从LC谐振维度去分析更为合适

阐述了Vsw和Iinductor波形曲线的三个区域,并分析了各自出现的原因。其中区域③出现振荡,是因为寄生的电容与电感形成LC振荡回路,产生很大的反向电动势。同时由于回路中存在阻抗,所以表现在带阻尼的振荡,即振铃出现。

怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深,就看你对这个知识点的理解达到怎样的程度。你学废了么?

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文章中的搭建的仿真工程文件,详见附件,可免费获取。仿真软件:TINA-TI

声明:本内容为作者独立观点,不代表电子星球立场。未经允许不得转载。授权事宜与稿件投诉,请联系:editor@netbroad.com
本篇所含全部资料,点击此处留下邮箱我会发给你
资料明细:基于TINA-TI的电源SW振铃仿真工程文件
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  • only one 2022-11-25 15:10
    所以我的反激电路轻载也会振铃也是谐振吗?
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  • 贾saisai 2022-11-15 14:09
    老师,能不能发我一下资料,谢谢! 86****@****.com
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  • 桥丿-丿桥 2022-09-25 23:48
    老师,能不能发我一下资料,谢谢! wz****@****.com
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  • dy-jswfyUIG 2022-05-29 08:26
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  • Li_xm 2022-05-15 03:29
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  • zhou2013 2022-04-26 09:47
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  • 三号线电源攻城狮 2022-04-25 00:23
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