钜大LARGE | 点击量:989次 | 2020年05月19日
行业技术分享:开关电源纹波的出现以及抑制
开关电源纹波的出现
我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度,达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量防止纹波的出现,首先要清楚开关电源纹波的种类和出现原因。
开关电源中最简单的拓扑结构-buck降压型电源
开关电源纹波的测量
基本要求:
使用示波器AC耦合;20MHz带宽限制;拔掉探头的地线
1、AC耦合是去掉叠加的直流电压,得到准确的波形。
2、打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰,防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大,测量的时候应除去。
3、拔掉示波器探头的接地夹,使用接地环测量,是为了减少干扰。很多部门没有接地环,假如误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。
还有一点是要使用50Ω终端。横河示波器的资料上介绍说,50Ω模块是除去DC成分,精确测量AC成分。但是很少有示波器配这种专门的探头,大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量,影响暂时不清楚。
上面是测量开关纹波时基本的注意事项。假如示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。
在测量高频噪声时,使用示波器的全通带,一般为几百兆到GHz级别。其他与上述相同。可能不同的公司有不同的测试方法。归根到底第一要清楚自己的测试结果。第二要得到客户认可,
有关示波器:
有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因,无法正确的测量出纹波。这时应更换示波器。这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽只有几十兆,但表现要比数字示波器好。
泰克公司有专门分开测量上述两种纹波(噪声)的软件。同样,有关示波器的接地,电源测试的相关知识,也可以看一下。开关电源纹波的抑制
关于开关纹波,理论上和实际上都是一定存在的。通常抑制或减少它的做法有三种:
1、加大电感和输出电容滤波
根据开关电源的公式,电感内电流波动大小和电感值成反比,输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。
通常的做法,关于输出电容,使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好,而且ESR也比较大,所以会在它旁边并联一个陶瓷电容,来弥补铝电解电容的不足。
同时,开关电源工作时,输入端的电压Vin不变,但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地供应电流,通常在靠近电流输入端(以BucK型为例,是SWITcH附近),并联电容来供应电流。
应用该对策后,BUCK型开关电源如下图所示:
上面这种做法对减小纹波的用途是有限的。因为体积限制,电感不会做的很大,输出电容新增到一定程度,对减小纹波就没有明显的效果了;新增开关频率,又会新增开关损失。所以在要求比较严格时,这种方法并不是很好。
有关开关电源的原理等,可以参考各类开关电源设计手册。
2、二级滤波,就是再加一级LC滤波器
LC滤波器对噪纹波的抑制用途比较明显,根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路,一般能够很好的减小纹波。
但是,这种情况下要考虑反馈比较电压的采样点。(如下图所示)
4、在二极管上并电容C或RC
下图是实际用二极管的等效电路。二极管高速导通截止时,要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间,等效电感和等效电容成为一个RC振荡器,出现高频振荡。为了抑制这种高频振荡,需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻一般取10Ω-100Ω,电容取4.7pF-2.2nF。