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開(kāi)關(guān)電源紋波,抑制或減少的5種方法
文章來(lái)源:永阜康科技 更新時(shí)間:2020/5/6 10:19:00
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   紋波,理論上和實(shí)際上都是一定存在的。通常抑制或減少它的做法有5種:

  1、加大電感和輸出電容濾波

  根據開(kāi)關(guān)電源的公式,電感內電流波動(dòng)大小和電感值成反比,輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。

  同樣,輸出紋波與輸出電容的關(guān)系:vripple=Imax/(Co×f)。 可以看出,加大輸出電容值可以減小紋波。

  通常的做法,對于輸出電容,使用鋁電解電容以達到大容量的目的。但是電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好,而且ESR也比較大,所以會(huì )在它旁邊并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容,來(lái)彌補鋁電解電容的不足。

  同時(shí),開(kāi)關(guān)電源工作時(shí),輸入端的電壓Vin不變,但是電流是隨開(kāi)關(guān)變化的。這時(shí)輸入電源不會(huì )很好地提供電流,通常在靠近電流輸入端(以BucK型為例,是SWITcH附近),并聯(lián)電容來(lái)提供電流。

  上面這種做法對減小紋波的作用是有限的。因為體積限制,電感不會(huì )做的很大;輸出電容增加到一定程度,對減小紋波就沒(méi)有明顯的效果了;增加開(kāi)關(guān)頻率,又會(huì )增加開(kāi)關(guān)損失。所以在要求比較嚴格時(shí),這種方法并不是很好。關(guān)于開(kāi)關(guān)電源的原理等,可以參考各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源設計手冊。

  2、二級濾波,就是再加一級LC濾波器

  LC濾波器對噪紋波的抑制作用比較明顯,根據要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構成濾波電路,一般能夠很好的減小紋波。

  采樣點(diǎn)選在LC濾波器之前(Pa),輸出電壓會(huì )降低。因為任何電感都有一個(gè)直流電阻,當有電流輸出時(shí),在電感上會(huì )有壓降產(chǎn)生,導致電源的輸出電壓降低。而且這個(gè)壓降是隨輸出電流變化的。

  采樣點(diǎn)選在LC濾波器之后(Pb),這樣輸出電壓就是我們所希望得到的電壓。但是這樣在電源系統內部引入了一個(gè)電感和一個(gè)電容,有可能會(huì )導致系統不穩定。關(guān)于系統穩定,很多資料有介紹,這里不詳細寫(xiě)了。

  3、開(kāi)關(guān)電源輸出之后,接LDO濾波

  這是減少紋波和噪聲最有效的辦法,輸出電壓恒定,不需要改變原有的反饋系統,但也是成本最高,功耗最高的辦法。 任何一款LDO都有一項指標:噪音抑制比。是一條頻率-dB曲線(xiàn),如右圖是凌特公司LT3024的曲線(xiàn)。

  對減小紋波。開(kāi)關(guān)電源的PCB布線(xiàn)也非常關(guān)鍵,這是個(gè)很赫手的問(wèn)題。有專(zhuān)門(mén)的開(kāi)關(guān)電源PCB 工程師,對于高頻噪聲,由于頻率高幅值較大,后級濾波雖然有一定作用,但效果不明顯。這方面有專(zhuān)門(mén)的研究,簡(jiǎn)單的做法是在二極管上并電容C或RC,或串聯(lián)電感。

  4、在二極管上并電容C或RC

  二極管高速導通截止時(shí),要考慮寄生參數。在二極管反向恢復期間,等效電感和等效電容成為一個(gè)RC振蕩器,產(chǎn)生高頻振蕩。為了抑制這種高頻振蕩,需在二極管兩端并聯(lián)電容C或RC緩沖網(wǎng)絡(luò )。電阻一般取10Ω-100 Ω,電容取4.7pF-2.2nF。

  在二極管上并聯(lián)的電容C或者RC,其取值要經(jīng)過(guò)反復試驗才能確定。如果選用不當,反而會(huì )造成更嚴重的振蕩。

  對高頻噪聲要求嚴格的話(huà),可以采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。關(guān)于軟開(kāi)關(guān),有很多書(shū)專(zhuān)門(mén)介紹。

  5、二極管后接電感(EMI濾波)

  這也是常用的抑制高頻噪聲的方法。針對產(chǎn)生噪聲的頻率,選擇合適的電感元件,同樣能夠有效地抑制噪聲。需要注意的是,電感的額定電流要滿(mǎn)足實(shí)際的要求。比較簡(jiǎn)單的做法,不再詳細解釋。

 
 
 
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