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如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開關噪聲?

發布時間:2023-04-24 責任編輯:lina

【導讀】USB Power Delivery是一種供電標準,可以通過USB提供比以前更大、最大達到100W的電源功率。USB Power Delivery可以通過USB連接來為以前無法支持的PC和顯示器等設備供電。另一個特征是可以瞬時切換供電側和充電側,從而可以在不產生不必要的熱量的情況下充電。


1. USB Power Delivery的普及


USB Power Delivery是一種供電標準,可以通過USB提供比以前更大、最大達到100W的電源功率。


USB Power Delivery可以通過USB連接來為以前無法支持的PC和顯示器等設備供電。


另一個特征是可以瞬時切換供電側和充電側,從而可以在不產生不必要的熱量的情況下充電。


隨著USB Power Delivery的普及,出現了許多大功率USB充電器。


除了PC和顯示器外,其他通過USB Power Delivery電源供電的設備也在增加,預計將來會進一步普及。


2. USB Power Delivery供電設備產生的噪音


USB充電器有內置的DC-DC轉換器,因此可以根據供電對象設備來改變電壓。


由于支持USB Power Delivery的大功率充電器具有較大的供電電流值,因此DC-DC轉換器的開關噪聲往往比以前的USB充電器更大。


該噪聲是從連接充電器和供電對象設備的電纜發出的,有可能會干擾設備的工作和通信。



如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開關噪聲?


3. USB Power Delivery供電設備的噪聲問題


我們使用USB Power Delivery測試基板對供電時的輻射噪聲進行了調查。


將測試基板屏蔽并測量來自電纜的輻射噪聲后,發現在500MHz或更低的頻率下會產生寬帶噪聲,如下圖所示。


在100到300MHz的范圍內確認到特別強的輻射噪聲,并且在該范圍內相對于不必要輻射標準值的裕量也更小。



如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開關噪聲?


測量來自USB Power Delivery的輻射噪聲


4. 噪聲的發生源和路徑


噪聲發生源:


為了調查從電纜輻射出的噪聲的發生源,我們使用了噪聲可視化工具。


已確認到供電側的電源線(DC-DC轉換器及功率電感器)周邊的噪聲電平較高。


如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開關噪聲?


未供電和供電時,確認USB Power Delivery測試板(供電側)上的噪聲分布


對傳導至測試基板的USB Type-C接頭引腳的噪聲進行測量,從測量結果可以確認,電源線和GND線的噪聲電平在100至300MHz的范圍內較高。


如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開關噪聲?


噪音的發生源:測量傳導至USB Type-C接頭引腳的噪聲


噪聲路徑:


DC-DC轉換器產生的噪聲會傳導至電纜并進行輻射,如下圖所示:


如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開關噪聲?


噪聲路徑


  • 在供電側的DC-DC轉換器中產生開關噪聲

  • 噪聲通過電源線和GND線從USB接頭泄漏到電纜

  • 從電纜的電源線輻射出來


5. 使用共模扼流線圈的噪聲對策方法


由于電源線和GND線的噪聲電平較高而導致電纜出現噪聲輻射,因此在DC-DC轉換器輸出部分的USB接頭前面接入共模扼流線圈被認為是有效的。


如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開關噪聲?


使用共模扼流線圈的噪聲對策方法:接入共模扼流線圈


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DLW5BTM系列支持高達6A的電流,并且在1GHz以下時可獲得高阻抗,因此非常適合該應用。


6. 確認噪音對策效果


我們用測試基板確認了通過共模扼流線圈實現的輻射噪聲對策的效果。


將DLW5BTM142TQ2接入電源線和GND線。(出于加工原因,在此測試中將電纜的電源線和GND線切斷后接入。


如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開關噪聲?


確認噪音對策效果:共模扼流線圈接入位置


7. 噪聲對策效果


如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開關噪聲?


噪聲對策效果:共模扼流線圈接入前后的噪聲比較

(來源: Murata村田中國微信公眾號)


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