如何應(yīng)對USB大功率充電器DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)噪聲？

USB Power Delivery是一種供電標(biāo)準(zhǔn)，可以通過USB提供比以前更大、最大達(dá)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(shè)備供電。另一個特征是可以瞬時切換供電側(cè)和充電側(cè)，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(biāo)準(zhǔn)，可以通過USB提供比以前更大、最大達(dá)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(shè)備供電。

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

隨著USB Power Delivery的普及，出現(xiàn)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(shè)備也在增加，預(yù)計(jì)將來會進(jìn)一步普及。

2. USB Power Delivery供電設(shè)備產(chǎn)生的噪音

USB充電器有內(nèi)置的DC-DC轉(zhuǎn)換器，因此可以根據(jù)供電對象設(shè)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(zhuǎn)換器的開關(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(shè)備的電纜發(fā)出的，有可能會干擾設(shè)備的工作和通信。

3. USB Power Delivery供電設(shè)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(jìn)行了調(diào)查。

將測試基板屏蔽并測量來自電纜的輻射噪聲后，發(fā)現(xiàn)在500MHz或更低的頻率下會產(chǎn)生寬帶噪聲，如下圖所示。

在100到300MHz的范圍內(nèi)確認(rèn)到特別強(qiáng)的輻射噪聲，并且在該范圍內(nèi)相對于不必要輻射標(biāo)準(zhǔn)值的裕量也更小。

測量來自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(diào)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(rèn)到供電側(cè)的電源線（DC-DC轉(zhuǎn)換器及功率電感器）周邊的噪聲電平較高。

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

對傳導(dǎo)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(jié)果可以確認(rèn)，電源線和GND線的噪聲電平在100至300MHz的范圍內(nèi)較高。

噪音的發(fā)生源：測量傳導(dǎo)至USB Type-C接頭引腳的噪聲

噪聲路徑：

DC-DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的噪聲會傳導(dǎo)至電纜并進(jìn)行輻射，如下圖所示：

噪聲路徑

• 在供電側(cè)的DC-DC轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生開關(guān)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(dǎo)致電纜出現(xiàn)噪聲輻射，因此在DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出部分的USB接頭前面接入共模扼流線圈被認(rèn)為是有效的。

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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6. 確認(rèn)噪音對策效果

我們用測試基板確認(rèn)了通過共模扼流線圈實(shí)現(xiàn)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。

確認(rèn)噪音對策效果：共模扼流線圈接入位置

7. 噪聲對策效果

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）