降低开关电源纹波的三个要素

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电源纹波,如何测量?如何抑制?

电源纹波,如何测量?如何抑制?

电源纹波的产生

我们常见的电源有线性电源和开关电源,它们输出的直流电压是由交流电压经整流、滤波、稳压后得到的。由于滤波不干净,直流电平之上就会附着包含周期性与随机性成分的杂波信号,这就产生了纹波。

在额定输出电压、电流的情况下,输出直流电压中的交流电压的峰值就是通常所说的纹波电压。纹波是一种复杂的杂波信号,它是围绕着输出的直流电压上下来回波动的周期性信号,但周期和振幅并不是定值,而是随着时间变化,并且不同电源的纹波波形也不一样。

纹波的危害

一般来说纹波是有百害而无一利的,纹波的危害主要有以下几点:

•电源中携带的纹波会在电器上产生谐波,降低电源的使用效率;

•较高的纹波可能会产生浪涌电压或电流,从而导致电气设备运行不正常或加速设备老化;

•在数字电路中纹波会干扰电路逻辑关系;

•纹波还会给通信、测量和计量仪器、仪表带来噪音干扰,破坏信号的正常测量、计量,甚至损坏设备。

所以,在制作电源的时候,我们都要考虑将纹波降低到百分之几以下,对纹波要求高的设备要考虑把纹波降低到更小。

电源纹波的测量方法通常分为两大类,一类是单独电源的鉴定,另一类是产品的调试测量。

在电源行业和电源用户对电源鉴定时,要求选择在室内(20℃左右)进行,湿度应小于80%,周围对测量有影响的机械震动及电磁干扰最小,标准仪器与被检电源应在以上的测试环境下放置24小时以上。

对于纯电源来讲,测量电源纹波时,要求在加载时测量,所加负载要使输出电流大于额定输出电流的80%以上。

对于低噪声的纯阻性负载或电子负载,还要选择对应的测量标准。不同的标准就会产生不同的测量结果。

开关电源纹波抑制怎样做?一篇经验之谈让你眼前一亮(民熔)

开关电源纹波抑制怎样做?一篇经验之谈让你眼前一亮(民熔)

开关电源波纹测量步骤

开关电源纹波如何测量

要有效降低开关电源输出纹波我们首先得有个比较靠谱的测试方法,不能是由于测试方法的问题而导致的假波形是整改不好的

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,如果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。如果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。

关于示波器:

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。

开关电源纹波怎样抑制

1、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作用比较明显,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。

一文搞定开关电源纹波的产生、测量及抑制

一文搞定开关电源纹波的产生、测量及抑制

一文搞定开关电源纹波的产生、测量及抑制

(开关电源)纹波不可避免,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避免纹波的产生,首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。

上图是开关(电源)中最简单的拓扑结构-buck降压型电源

随着SWITCH的开关,电感L中的(电流)也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波,一般所说的纹波就是指这个,它与输出(电容)的容量和ESR有关系。这个纹波的频率与开关电源相同,范围为几十到几百KHz。

另外,SWITCH一般选用双极性(晶体管)或者(MOSFET),不管是哪种,在其导通和截止的时候,都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声,一般为几十MHz。同样(二极管)D在反向恢复瞬间,其等效电路为电阻电容和电感的串联,会引起谐振,产生的噪声频率也为几十MHz。这两种噪声一般叫做高频噪声,幅值通常要比纹波大得多。

如果是AC/(DC)变换器,除了上述两种纹波(噪声)以外,还有AC噪声,频率是输入AC电源的频率,为50~60Hz左右。还有一种共模噪声,是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器,产生的等效电容导致的。

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。

开关电源纹波计算公式

开关电源纹波计算公式

开关电源纹波计算公式

开关电源纹波是指在开关电源输出的直流电压中,存在的交流电压成分。它是由于开关管的导通和截止造成的电流波动引起的。开关电源纹波对电子设备的正常运行有着重要的影响,因此对其进行计算和评估是非常必要的。

计算开关电源纹波的公式为:

Vr = (ΔI × (1 - D)) / (f × C)

其中,Vr表示开关电源纹波电压,ΔI表示开关电源输出电流的波动值,D表示开关管的导通比例,f表示开关频率,C表示输出电容。根据公式可以看出,开关电源纹波电压与输出电流波动值成正比,与开关频率和输出电容成反比。因此,要减小开关电源纹波电压,可以采取以下措施:

1.增大输出电容:通过增加输出电容的数值,可以降低开关电源纹波电压。这是因为输出电容的作用是储存电荷,当电流波动时,输出电容可以通过释放或吸收电荷来平稳输出电流,从而减小纹波电压的波动。

2.提高开关频率:增加开关频率可以缩短每个开关周期的时间,从而减小开关电源输出电流的波动值,进而降低纹波电压的幅度。

3.优化开关管的导通比例:开关管的导通比例表示导通时间与开关

周期的比值。通过合理控制导通比例,可以减小输出电流的波动值,从而降低纹波电压。

通过以上措施的综合应用,可以有效减小开关电源的纹波电压,提高电源的稳定性和可靠性。然而,在实际应用中,还需根据具体的电路设计和要求进行综合考虑,以达到最佳的纹波电压控制效果。因此,对于开关电源纹波的计算和评估是非常重要的,只有在了解和掌握纹波电压的计算方法和影响因素后,才能更好地设计和应用开关电源。

开关电源工作时,如何抑制纹波和减小高频噪声?

开关电源工作时,如何抑制纹波和减小高频噪声?

开关电源工作时,如何抑制纹波和减小高频噪声?

开关电源通过高频化的能量变换获得较高的能量转换效率,工作频率一般是几十KHz到上百KHz。相对于线性电源,开关电源工作时的高频噪声是比较多的,纹波系数也相对较高,需要设计合适的滤波电路来抑制纹波和消除高频噪声。

电容滤波

在电源电路中,电容滤波是必不可少的。在开关电源电路中,滤波电容的选择显得特别重要,特别是输出端的滤波电容。由于工作频率较高,需要考虑电容的阻抗和频率特性,滤波电容容量并不是越大越好。因为电源的频率提高后,电容值会急剧下降,所以选择滤波电容的时候我们需要考虑电容的ESR(等效串联阻抗)。需要尽量使用ESR值小的滤波电容。电容需要在工作频率内有较低的等效阻抗才会有良好的滤波效果。

选择电容时需要考虑开关电源的工作频率,输出电压,输出电流,电容容值大小可以参考前辈们的计算公式:C>0.289/{f×(U/I)× ACv},ACv是纹波系数,单位是%。

LC滤波

电感有着通直流隔交流的特性,加入滤波电感对消除高频噪声有着非常好的效果。电容和电感组合在一起使用效果更好。如果有必要,我们还可以加入二级的LC滤波电路。使用滤波电感时,需要根据开关电源的功率选择适当的功率电感。

LDO滤波

LDO(低压差线性稳压器)有一项噪声抑制比的指示,也有着很好的滤波效果,加入LDO后,纹波系数会大幅的降低,对抑制纹波和消除高频噪声非常有效。

开关电源输出纹波很大是什么原因及解决方法

开关电源输出纹波很大是什么原因及解决方法

开关电源输出纹波很大是什么原因及解决方法

近年来,开关电源以其体积小,重量轻,效率高等优点,在工程领域、医疗机构、科学研究等方面有着越来越广泛的应用。本文着重解决一款能输

出10 A电流12V电压的特殊恒流源的纹波抑制问题,专门用于大功率的半导体激光器驱动。该激光器需求高稳定的光功率输出,激光器输出光功率的

稳定性是一个主要参数,半导体激光器的光功率稳定性主要表现在输入电流

的稳定性,输入电流的纹波越小光功率稳定性越好。目前,解决开关电源纹

波的方法有若干种,各有其优缺点,由于输出电流是10 A的大电流,一般的方法不能适用。

纹波是工频引起的,减小纹波,作用很大的方法:

1.,输出用π型电路,就是一个电容,一个电感,再一个电容的方式。

2。输出电容一定要用高频低阻,甚至用固态电容,

这两点是最有效果的方法。还有加大电容容量都行,但这个效果就没那幺明显

BUCK电路降纹波的详解

BUCK电路降纹波的详解

详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法

2013-10-11 09:51 来源:电源网作者:云际

开关电源具有效率高、输出电压可调范围大、损耗小、体积小、重量轻等特点,得到了广泛的应用。由于开关电源体积小,输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大,如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。本文通过对Buck电路的分析,找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。

纹波的定义

Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。

通常情况下,开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电,经高频开关变换由变压器降压,经高频二极管整流滤波后,得到稳定的直流电压输出。其自身含有大量的谐波干扰,同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源,这些尖峰就是输出纹波。输出纹波主要来源于4个方面:低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。

Buck电路产生纹波的机理及计算

1、纹波电流计算

电感的定义:

λ为线圈磁链、N为线圈匝数、i为流经线圈的电流、Φ为线圈磁通。如果式(1)两端以时间t为变量进行微分计算,可得:

这便是大家所熟知的电感电压降回路方程。

现在假设对于每个单独的开关周期,在开关管导通状态和关断状态,输入输出电压都基本没有变化,可以写出导通状态和关断状态时的L两端的电压。

导通状态L两端的电压:

关断状态L两端的电压:

Vsat为开关管的导通压降;VF为二极管的导通压降。

由于Vsat和VF相对于Vi和Vo很小,这里忽略不计,可以得到:

可以看出Von和Voff都是常数,即对于

降低开关电源纹波的三个要素

降低开关电源纹波的三个要素

降低开关电源纹波的三个要素

开关电源要降低纹波主要要在以下三个方面下功夫:

1、储能电感。储能电感在工作频率下的Q值越大越好,许多人只留意到电感量,其实Q值的影响要大得多,电感量只要满意要求允许在很大范围内波动。

2、滤波电容。滤波电容的ESR和ESL是特别重要的参数,越低越好,仅追求容量是远远不够的,当然在满意足够低的ESR和ESL的前提下,容量大些较好。开关电源的滤波电容优选X7R或X5R电容与钽电解的组合,纹波稍放宽可用Y5V电容和瘦高外观的铝电解(低ESL 型)协作。

3、PCB设计。开关电源的PCB设计特别重要,在前两个条件都满意时假如纹波参数还是达不到手册中载明的数值,问题就可以确定是出在PCB上,开关电源芯片的取样及滤波回路的设计特别讲究,PCB 分布参数会导致调整误差或滤波效率变差,严峻时甚至可能导致自激(一般在特定的负载强度下发生),故不得不查。原则是取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC,PCB走线不行太长、太细,类似的储能电感也有同样原则,只是影响稍小,布局、走线不利相当于降低了电感的Q值。

最终要说的是,因开关电源IC的内电路设计不同纹波指标也是不同的,多数状况下,开关频率高的简单获得较低的纹波,但价格及对外围元件的要求相对更高,所以要依据需要合理选择,够用即可,

否则要付出不必要的成本,器件手册的认真阅读及理解是第一步。

BUCK电路降纹波的详解

BUCK电路降纹波的详解

B U

C K电路降纹波的详解 The document was finally revised on 2021

详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法2013-10-11 09:51来源:电源网作者:云际

具有效率高、输出电压可调范围大、损耗小、体积小、重量轻等特点,得到了广泛的应用。由于开关电源体积小,输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大,如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。本文通过对Buck电路的分析,找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。

纹波的定义

Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。

通常情况下,开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电,经高频开关变换由变压器降压,经高频二极管整流滤波后,得到稳定的直流电压输出。其自身含有大量的谐波干扰,同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源,这些尖峰就是输出纹波。输出纹波主要来源于4个方面:低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。

Buck电路产生纹波的机理及计算

1、纹波电流计算

电感的定义:

λ为线圈磁链、N为线圈匝数、i为流经线圈的电流、Φ为线圈磁通。如果式(1)两端以时间t为变量进行微分计算,可得:

这便是大家所熟知的电感电压降回路方程。

现在假设对于每个单独的开关周期,在开关管导通状态和关断状态,输入输出电压都基本没有变化,可以写出导通状态和关断状态时的L两端的电压。

导通状态L两端的电压:

关断状态L两端的电压:

Vsat为开关管的导通压降;VF为二极管的导通压降。

开关电源纹波的测量和抑制

开关电源纹波的测量和抑制

开关电源输出纹波的测量和抑制

开关电源纹波的产生

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避免纹波的产生,首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。

上图是开关电源中最简单的拓扑结构-buck降压型电源。

随着SWITCH的开关,电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波,一般所说的纹波就是指这个。它与输出电容的容量和ESR有关系。这个纹波的频率与开关电源相同,为几十到几百KHz。

另外,SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET,不管是哪种,在其导通和截止的时候,都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声,一般为几十MHz。同样二极管D在反向恢复瞬间,其等效电路为电阻电容和电感的串联,会引起谐振,产生的噪声频率也为几十MHz。这两种噪声一般叫做高频噪声,幅值通常要比纹波大得多。

如果是AC/DC变换器,除了上述两种纹波(噪声)以外,还有AC噪声,频率是输入AC电源的频率,为50~60Hz左右。还有一种共模噪声,是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器,产生的等效电容导致的。

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,如果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。

降低开关电源的纹波噪声

降低开关电源的纹波噪声

降低开关电源的纹波噪声

一、什么叫纹波?

纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量;

它主要有以下害处:

1、容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害;

2、降低了电源的效率;

3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器;

4、会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作;

5、会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作。

二、纹波的表示方法

可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示;

例如:一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,测得纹波的有效值为10mV,这10mV就是纹波的绝对量,而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压

=10mv/12V=0.12 %;

三、纹波的测试方法

以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果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。

四、开关电源纹波的主要分类

开关电源输出纹波主要来源于五个方面:输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声

1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关

案例:开关电源纹波以及噪声抑制

案例:开关电源纹波以及噪声抑制

案例:开关电源纹波以及噪声抑制

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避免纹波的产生,首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。

上图是开关电源中最简单的拓扑结构-buck降压型电源。

随着SWITCH的开关,电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波,一般所说的纹波就是指这个。它与输出电容的容量和ESR有关系。这个纹波的频率与开关电源相同,为几十到几百KHz。

另外,SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET,不管是哪种,在其导通和截止的时候,都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声,一般为几十MHz。同样二极管D在反向恢复瞬间,其等效电路为电阻电容和电感的串联,会引起谐振,产生的噪声频率也为几十MHz。这两种噪声一般叫做高频噪声,幅值通常要比纹波大得多。

如果是AC/DC变换器,除了上述两种纹波(噪声)以外,还有AC噪声,频率是输入AC电源的频率,为50~60Hz左右。还有一种共模噪声,是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器,产生的等效电容导致的。

因为本人是做汽车电子研发的,对于后两种噪声接触较少,所以暂不考虑。

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。

开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施

开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施

开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施

第一篇:开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施

开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施

一、在开关电源适配器输出端采用片式三端电容器与普通电解电容器组合改善滤波的高频特性。

开关电源适配器的输出端含有较大的噪声电压的峰-峰值,这是由于电解电容器在高频下的特性不完善所造成的。因为电解电容在高频下可以用电容、电阻和电感三者的串联来等效,所以在高频下电容对噪声的旁路作用不在明显。由于电阻和电感的存在,反而使噪声电压体现在开关电源适配器的输出端。

为了抑制开关电源适配器的输出噪声,通常有两个建议可供设计人员采用:1)将输出端的电解电容一拆为几,即将一个大容量的电解电容采用几个小容量电解电容并联来替代。这一建议虽不能根本抑制噪声电压的产生,但用新办法所产生的信噪声电压的峰-峰值要比原来为小。

2)在电解电容旁边并联一个小容量的高频陶瓷电容器,利用高频电容在高频下所体现的低容抗,使输出噪声电压得到较大衰减(当然在印制电路板上的陶瓷电容也应该保持比较短的布线长度,保持尽可能小的线路阻抗)。

二、采用高性能的表面贴装滤波器。

采用表面贴装的高性能滤波器来改善输出电压噪声。贴装滤波器内部电路等效为一个π型滤波线路,在开关电源适配器的输出端串上一个贴装高性能滤波器。对比原来的输出噪声电压峰-峰值,会大幅减小,在示波器上,几乎显示为一条直线,说明输出电压的噪声已明显得到抑制,从而很好说明了表面贴装高性能滤波器在这个线路中的作用。

三、避免多个模块电源之间相互干扰。

当在同一块印制电路板上有多个模块电源一起工作,若两个模块靠得很近,模块电源本身是不屏蔽的,并且靠得很近,输出端也没有

如何抑制开关电源的纹波噪声

如何抑制开关电源的纹波噪声

如何抑制开关电源的纹波噪声

低频纹波

低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。由于开关电源体积的限制,电解电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留,该输出纹波频率随整流电路方式的不同而不同。

低频纹波

例如:对普通24V电源来说,电压型控制DC/DC变换器的纹波抑制比一般为45~50dB,其输出端的低频交流纹波有效值为60~120mV。电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比稍有提高,但其输出端的低频交流纹波仍较大。若要实现开关电源的低纹波输出,则必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。

a、加大输出低频滤波的电感,电容参数,使低频纹波降低到所需的指标。

b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量。

高频纹波

高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路,在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关,设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求。

高频纹波

a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波。

b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波。

c、采用多级滤波。

共模纹波噪声

由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当矩形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声。

开关电源的纹波和噪声测试方法

开关电源的纹波和噪声测试方法

开关电源的纹波和噪声(图)

开关电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较,最突出的优点是转换效率高,一般可达80%~85%,高的可达90%~97%;其次,开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器,不仅重量减轻,体积也减小了,因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态,输出的纹波和噪声电压较大,一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右),最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;而线性电源的调整管工作于线性状态,无纹波电压,输出的噪声电压也较小,其单位是μV。

本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。

纹波和噪声产生的原因

开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

噪声的产生原因有两种,一种是开关电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。

开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成,也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。

开关电源纹波的抑制方法

开关电源纹波的抑制方法

(5)二极管后接电感 (EMI滤波)
这也是常用的抑制高频噪声 的方法。针对产生噪声的频率, 选择合适的电感元件,同样能够 有效地抑制噪声。需要注意的是, 电感的额定电流要满足实际的要 求。
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上面这种做法对减小纹波的作用 是有限的。因为体积限制,电感 不会做的很大;输出电容增加到 一定程度,对减小纹波就没有明 显的效果了;
增加开关频率,又会增加开关损 失。所以在要求比较严格时,这 种方法并不是很好。关于开关电 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
开关电源纹波的抑制方法
对于开关纹波,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5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。
同样,输出纹波与输出电容 的关系:vripple=Imax/(Co×f)。 可以看出,加大输出电容值可以 减小纹波。
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。
在二极管上并联的电容C或者 RC,其取值要经过反复试验才能 确定。如果选用不当,反而会造 成更严重的振荡。
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开关电源要降低纹波主要要在以下三个方面下功夫:

1、储能电感。储能电感在工作频率下的Q值越大越好,很多人只注意到电感量,其实Q值的影响要大得多,电感量只要满足要求允许在很大范围内波动。

2、滤波电容。滤波电容的ESR和ESL是非常重要的参数,越低越好,仅追求容量是远远不够的,当然在满足足够低的ESR和ESL的前提下,容量大些较好。开关电源的滤波电容优选X7R或X5R电容与钽电解的组合,纹波稍放宽可用Y5V电容和瘦高外观的铝电解(低ESL型)配合。

3、PCB设计。开关电源的PCB设计非常重要,在前两个条件都满足时如果纹波参数还是达不到手册中载明的数值,问题就可以肯定是出在PCB上,开关电源芯片的取样及滤波回路的设计非常讲究,PCB分布参数会导致调整误差或滤波效率变差,严重时甚至可能导致自激(一般在特定的负载强度下发生),故不得不查。原则是取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC,PCB走线不可太长、太细,类似的储能电感也有同样原则,只是影响稍小,布局、走线不利相当于降低了电感的Q值。

最后要说的是,因开关电源IC的内电路设计不同纹波指标也是不同的,多数情况下,开关频率高的容易获得较低的纹波,但价格及对外围元件的要求相对更高,所以要根据需要合理选择,够用即可,否则要付出不必要的成本,器件手册的仔细阅读及理解是第一步。

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