如何應對USB大功率充電器DC-DC轉換器的開(kāi)關(guān)噪聲？

USB Power Delivery是一種供電標準，可以通過(guò)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(guò)USB連接來(lái)為以前無(wú)法支持的PC和顯示器等設備供電。另一個(gè)特征是可以瞬時(shí)切換供電側和充電側，從而可以在不產(chǎn)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(guò)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(guò)USB連接來(lái)為以前無(wú)法支持的PC和顯示器等設備供電。

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

隨著(zhù)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(guò)USB Power Delivery電源供電的設備也在增加，預計將來(lái)會(huì )進(jìn)一步普及。

2. USB Power Delivery供電設備產(chǎn)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(lái)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(kāi)關(guān)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(fā)出的，有可能會(huì )干擾設備的工作和通信。

3. USB Power Delivery供電設備的噪聲問(wèn)題

我們使用USB Power Delivery測試基板對供電時(shí)的輻射噪聲進(jìn)行了調查。

將測試基板屏蔽并測量來(lái)自電纜的輻射噪聲后，發(fā)現在500MHz或更低的頻率下會(huì )產(chǎn)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。

測量來(lái)自USB Power Delivery的輻射噪聲

4. 噪聲的發(fā)生源和路徑

噪聲發(fā)生源：

為了調查從電纜輻射出的噪聲的發(fā)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(xiàn)（DC-DC轉換器及功率電感器）周邊的噪聲電平較高。

未供電和供電時(shí)，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(jìn)行測量，從測量結果可以確認，電源線(xiàn)和GND線(xiàn)的噪聲電平在100至300MHz的范圍內較高。

噪音的發(fā)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(chǎn)生的噪聲會(huì )傳導至電纜并進(jìn)行輻射，如下圖所示：

噪聲路徑

• 在供電側的DC-DC轉換器中產(chǎn)生開(kāi)關(guān)噪聲

• 噪聲通過(guò)電源線(xiàn)和GND線(xiàn)從USB接頭泄漏到電纜

• 從電纜的電源線(xiàn)輻射出來(lái)

5. 使用共模扼流線(xiàn)圈的噪聲對策方法

由于電源線(xiàn)和GND線(xiàn)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(xiàn)圈被認為是有效的。

使用共模扼流線(xiàn)圈的噪聲對策方法：接入共模扼流線(xiàn)圈

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6. 確認噪音對策效果

我們用測試基板確認了通過(guò)共模扼流線(xiàn)圈實(shí)現的輻射噪聲對策的效果。

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

確認噪音對策效果：共模扼流線(xiàn)圈接入位置

7. 噪聲對策效果

噪聲對策效果：共模扼流線(xiàn)圈接入前后的噪聲比較

（來(lái)源： Murata村田中國微信公眾號）