跟著老鳥學習如何抑製開關電源的五種紋波噪聲?

作者:中國電子網 日期:2021-02-05 12:42:54 人氣: 欄目:電源

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低頻紋波


低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關。由於開關電源體積的限製,電解電容的容量不可能無限製地增加,導致輸出低頻紋波的殘留,該輸出紋波頻率隨整流電路方式的不同而不同。


一般的開關電源由AC/DC和DC/DC兩部分組成。AC/DC的基本結構為整流濾波電路,它輸出的直流電壓中含有交流低頻紋波,其頻率為輸入交流電源頻率的二倍,幅值與電源輸出功率及濾波電容容量有關,一般控製在10%以內。該交流紋波經DC/DC變換器衰減後,在開關電源輸出端表現為低頻噪聲,其大小由DC/DC變換器的變比和控製係統的增益決定。



(低頻紋波)

例如:對普通24V電源來說,電壓型控製DC/DC變換器的紋波抑製比一般為45~50dB,其輸出端的低頻交流紋波有效值為60~120mV。電流型控製DC/DC變換器的紋波抑製比稍有提高,但其輸出端的低頻交流紋波仍較大。若要實現開關電源的低紋波輸出,則必須對低頻電源紋波采取濾波措施。可采用前級預穩壓和增大DC/DC變換器閉環增益來消除。


2  

 
低頻紋波的抑製


a、加大輸出低頻濾波的電感,電容參數,使低頻紋波降低到所需的指標。


b、采用前饋控製方法,降低低頻紋波分量。

3  

 
高頻紋波


高頻紋波噪聲來源於高頻功率開關變換電路,在電路中,通過功率器件對輸入直流電壓進行高頻開關變換而後整流濾波再實現穩壓輸出的,在其輸出端含有與開關工作頻率相同頻率的高頻紋波,其對外電路的影響大小主要和開關電源的變換頻率、輸出濾波器的結構和參數有關,設計中盡量提高功率變換器的工作頻率,可以減少對高頻開關紋波的濾波要求。




(高頻紋波)


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高頻紋波的抑製


a、提高開關電源工作頻率,以提高高頻紋波頻率,有利於抑製輸出高頻紋波。


b、加大輸出高頻濾波器,可以抑製輸出高頻紋波。


c、采用多級濾波。

5  

 
共模紋波噪聲

由於功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間存在寄生電容,導線存在寄生電感,因此當矩形波電壓作用於功率器件時,開關電源的輸出端因此會產生共模紋波噪聲。減小與控製功率器件、變壓器與機殼地之間的寄生電容,並在輸出側加共模抑製電感及電容,可減小輸出的共模紋波噪聲。


6  

 
共模紋波噪聲


a.輸出采用專門設計的EMI濾波器


b.降低開關毛刺幅度

7  

 
超高頻諧振噪聲


超高頻諧振噪聲主要來源於高頻整流二極管反向恢複時二極管結電容、功率器件開關時功率器件結電容與線路寄生電感的諧振,頻率一般為1~10MHz,通過選用軟恢複特性二極管、結電容小的開關管和減少布線長度等措施可以減少超高頻諧振噪聲。




(超高頻諧振噪聲)

8  

 
超高頻諧振噪聲的抑製


通過選用軟恢複特性二極管、結電容小的開關管和減少布線長度等措施可以減少超高頻諧振噪聲。

9  

 
閉環調節控製引起的紋波噪聲


開關電源都需對輸出電壓進行閉環控製,調節器參數設計的不適當也會引起紋波。當輸出端波動時通過反饋網絡進入調節器回路,可能導致調節器的自激振蕩,引起附加紋波。此紋波電壓一般沒有固定的頻率。



(閉環調節控製引起的紋波噪聲)

10  

 
閉環調節控製引起的紋波噪聲的抑製


在開關直流電源中,往往因調節器參數選擇不適當會引起輸出紋波的增大,這部分紋波可通過以下方法進行抑製。


a、在調節器輸出增加對地的補償網絡,調節器的補償可抑製調節器自激引起的紋波增大。


b、合理選擇閉環調節器的開環放大倍數和閉環調節器的參數,開環放大倍數過大有時會引起調節器的振蕩或自激,使輸出紋彼含量增加,過小的開環放大倍數使輸出電壓穩定性變差及紋波含量增加,所以調節器的開環放大倍數及閉環調節器的參數要合理選取,調試中要根據負載狀況進行調節。


c、在反饋通道中不增加純滯後濾波環節,使延時滯後降到最小,以增加閉環調節的快速性和及時性,對抑製輸出電壓紋波是有益的。


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