电源纹波的产生、危害、测量和抑制
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。
纹波电压可以用绝对量表示,也可用相对量来表示。
一般用纹波电压与直流输出电压的比例来评价直流电源的滤波性能,即纹波系数。
纹波系数作为评价直流电源的一个重要指标,其计算方法为纹波电压的有效值与直流输出电压的百分比。
电源纹波的测量测量电源纹波一般采用示波器来测量,常用的有一下三种测量方法:1、靠连法使用带有地线环的示波器探头,将探针直接接触正输出的管脚,线环直接接触负输出的管脚,这是由于使得环路尽量短,这样从示波器中读出的峰值为输出线上的纹波与噪声,如下图所示:2、直接法将地线环直接与负输出的管脚连接,利用探头接地环进行输出端测试。
电源纹波分析及测试方法
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:1.1.容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害;1.2.降低了电源的效率;1.3.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;1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作;1.5.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、纹波系数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;单位通常为:mV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3.1.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:4.1.输入低频纹波;4.2.高频纹波;4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声;4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声;4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。
五、电源纹波测试纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号,是电源测试中的一个很重要的标准。
尤其是作特殊用途的电源,如激光器电源,纹波则是其致命要害之一。
所以,电源纹波的测试就显得极为重要。
电源纹波的测量方法大致分为两种:一种是电压信号测量法;另一钟是电流信号测量法。
一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源,都可以用电压信号测量法。
而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。
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。
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。
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。
如何抑制开关电源纹波的产生
如何抑制开关电源纹波的产生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。
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。
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。
开关电源纹波分析及抑制(精华)
主题: 开关电源纹波的产生与控制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,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。
电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。
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。
低频纹波抑制的几种常用的方法: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。
2、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。
高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路,常用的方法有以下几种: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。
3、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。
减小输出共模纹波噪声的常用方法:a、输出采用专门设计的EMI滤波器。
b、降低开关毛刺幅度。
4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振,频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。
电源纹波方案
电源纹波方案概述在电子设备的设计和开发过程中,电源纹波是一个重要的考虑因素。
电源纹波是指在电源输出中存在的交流信号,通常由电源中的开关元件开关造成。
在一些敏感的电路和系统中,电源纹波可能导致噪声干扰和性能问题。
因此,为了确保电子设备的稳定工作和性能,需要采取相应的电源纹波方案。
本文将介绍电源纹波的原因和影响,以及一些常用的电源纹波方案。
电源纹波的原因电源纹波的主要原因是电源中的开关元件的开关行为。
当开关元件关闭时,其输出电压开始下降;当开关元件打开时,输出电压开始上升。
这种开关行为导致输出电压的快速变化,从而产生纹波信号。
除了开关元件,电源纹波还可能由电源的电容和电感以及负载电流的变化引起。
电源纹波的影响电源纹波可能对电子设备的性能和稳定性产生不良影响。
以下是一些可能的影响:1.噪声干扰:电源纹波可以在电子设备中引入噪声,干扰其他电路的正常工作,特别是在信号处理和放大器电路中。
2.时序问题:在一些时序敏感的电路中,电源纹波可能导致时序偏移或错误,从而影响电路的正确功能。
3.性能下降:电源纹波可能导致电子设备的性能下降,例如导致信号失真、动态范围减小等问题,从而影响设备的整体性能和用户体验。
因此,为了避免这些问题,需要采取适当的电源纹波方案来减小电源纹波的幅度。
常用的电源纹波方案以下是一些常用的电源纹波方案:1. 线性稳压器线性稳压器是一种常用的电源纹波解决方案。
它通过使用电容器和电感器来过滤电源纹波信号,从而稳定电源输出。
线性稳压器的主要特点是简单可靠,但效率相对较低。
2. 开关稳压器开关稳压器是另一种常用的电源纹波解决方案。
它通过使用开关电源技术来实现高效的纹波过滤。
开关稳压器通常具有较高的效率和较小的尺寸,但对于一些敏感的应用,可能需要进一步的滤波措施。
3. 滤波电容器滤波电容器是一种简单有效的电源纹波滤波方案。
通过在电源输出端并联一个合适的电容器,可以显著减小电源纹波的幅度。
滤波电容器通常用于较低功率的应用,并且需要根据具体设计条件选择合适的电容器参数。
电源纹波的检测及影响
电源纹波的检测及影响
电源的输出纹波与噪声跟测量方法存在很大的关系,测量方法的不同或方法的正确与否会存在很大的差异,我公司推荐用以下的方法测量:
示波器:20MHz带宽,如果使用20MHz带宽以上的示波器,请使用带宽限制功能限制在20MHz,(特殊要求的提前说明除外)在这个带宽测试下测试合格的电源产品能满足绝大多数设备的需要。
测试方法:电源应在输入电压范围以内,输出为纯阻性负载,测试时应使示波器探头靠接在电源的输出端子上,以避免辐射和共模噪声对测量的干扰,靠接方法见下图:
测试的结果一般是纹波较小,噪声会相对比较大,因为开关电源的工作原理决定,开关电源的纹波噪声不可能没有,所以用户在选用电源时只要电源的纹波噪声不影响系统的工作即可,因为过高的要求较小的纹波噪声会影响电源的转换效率,使电源的发热量增大,从而缩短电源的使用寿命。
如果用户的确需要较小的纹波噪声,最好与厂家联系订做,不要在市场上寻觅,因为特殊要求的电源市场上是找不到的。
但有一点应注意,如果测试发现电源的纹波较大,大于厂家给定值,且呈现正弦
波的状态,则此电源可能存在问题,应与厂家联系,不要将就使用。
mos功率管产生电源纹波
mos功率管产生电源纹波【原创版】目录1.电源纹波的产生2.MOS 功率管的工作原理3.MOS 功率管产生电源纹波的原因4.减小 MOS 功率管产生的电源纹波的方法5.结论正文一、电源纹波的产生电源纹波是指在直流电源输出中存在的交流分量。
当直流输出中的交流电压未被完全抑制时,直流电压呈周期性变化。
这种变化通常是由于电路中开关器件的开关作用产生的。
在开关过程中,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。
这种波动的频率与开关的频率相同。
二、MOS 功率管的工作原理MOS 功率管,即金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管,是一种用于放大和开关电信号的半导体器件。
它具有高输入阻抗、低噪声和低功耗等特点。
在电源系统中,MOS 功率管通常用于实现开关功能,以控制电流的流动和电压的变化。
三、MOS 功率管产生电源纹波的原因MOS 功率管在开关过程中,由于其输入电容和输出电容的存在,会产生一定程度的电源纹波。
当 MOS 功率管开关速度较快时,其输入电容和输出电容的变化率也会相应增大,从而引起更大的纹波。
同时,MOS 功率管的开关过程也会受到负反馈的影响,进一步加剧纹波的产生。
四、减小 MOS 功率管产生的电源纹波的方法为了减小 MOS 功率管产生的电源纹波,可以采取以下几种方法:1.选择合适的 MOS 功率管:选用具有较低输入电容和输出电容的 MOS 功率管,可以有效减小纹波的产生。
2.优化电路设计:通过调整电路中的元件参数,如减小电容值、增加电感等,可以减小纹波的影响。
3.使用滤波器:在电源输出端添加滤波器,可以有效抑制纹波。
滤波器的选用应根据具体的纹波特性进行,以确保最佳的滤波效果。
五、结论总之,MOS 功率管在电源系统中产生纹波是由于其开关过程和电路元件的影响。
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开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法
开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法关键字:噪声纹波开关电源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。
利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。
纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。
纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。
图1 纹波和噪声的波形纹波和噪声的测量方法纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。
目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。
由于开关电源的品种繁多(有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等),但是各生产厂家都采用示波器测量法,仅测量装置上不完全相同,因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准,即企业标准。
用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。
它由被测开关电源、负载、示波器及测量连线组成。
有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。
图2 示波器测量框图从图2来看,似乎与其他测波形电路没有什么区别,但实际上要求不同。
电源纹波的测量和抑制
图1 探头和地线形成的环路图2 安装接地弹簧针的探头
图3 电源纹波测试连接框图
压。
纹波系数是评价直流电源稳定纯净输出的重要指标
图6 共模滤波法的电路图图4 无滤波电路的输出电压纹波图5 在电源输出端加载电容滤
波器后的电压纹波
图9 在电源输出端电源接线上穿绕铁氧体磁环滤波后的电压图10 在电源输出端加组合滤波后的电压纹波
图7 在电源输出端加共模滤波器后的电压纹波图8 在电源输出端电源接线上穿绕铁氧体磁环滤波
方案仿真:
行数据分别与第(n-1)行数图8-1 盲元校正前的成像 图8-2盲元校正后的图像
到[1] Shen X Q, M a tsuhata H, Okumu ra H. Reduction of the threading dis- location density in GaN films grown on vic-Inal sapphire ( 0001) substrates[ J]. App.l Phys. Lett. ,2005, 86: 021912 -。
如何抑制电源纹波
如何抑制电源纹波直流电压波动会产生纹波现象,叠加在直流上的分量称为纹波,在我们平常的应用中DCDC输出电源纹波过大对于正常工作的芯片可能会造成影响,严重的会导致CPU挂机,如:板载DDR颗粒的VDD纹波过大可能会使得CPU对于DDR的数据读写出错,CPU访问到非法地址空间造成芯片的挂机。
电源输出交流纹波可以视为是直流输出叠加一个交流成份;从图中可以看出,纹波中包括了两个交流成份:一个DCDC输出的纹波信号与一个高频噪声的叠加。
在龙芯3A3000手册中对于芯片的电源纹波有明显的规定。
因此对于DCDC输出电压的纹波抑制显得尤为重要。
根据BUCK电路输出纹波计算公式:减少DCDC输出纹波的几种方式如下:1、增大BUCK输出电容:增大输出电容容量也就是增大了电源系统所存储的能量,当CPU在加载过程中需要大电流提供时,电源平面上较大的电容即可为CPU 提供瞬时所需的能量,使得电压波动不大。
但是电容的选择也是很重要的,对于小电流电源平面(负载电流3A这种)可能增加些许陶瓷电容即可达到较好的需求,但是对于大电流电源平面(负载电流上百A这种),所增加的电容容量就会变得很大,此时ESR就变成了考虑对象。
通常CPU的核心电源都是低压大电流的,一般选择大容量低ESR的高分子铝电解电容,而不选择铝液体电解电容。
铝液体电解电容不同规格ESR如下:高分子铝电解电容不同规格EESR如下:基本上为mΩ级2、增大电源芯片的开关频率:提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波,但是过大的开关频率容易造成EMI辐射超标,因此开关频率最好还是选择一个合适的值。
3、增大输出电感: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。
所以加大电感值可以减小输出电源的纹波。
4、优化反馈环路设计:4.1、增加前馈电容因为电源的反馈断加入了前馈电容,所以与反馈电阻形成新的零点和极点,虽然Cff在其零点频率之后引入了增益提升,此处涉及较深的控制理论,此处不再展开叙述。
电源纹波
电源纹波1.定义纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号,指在额定输出电压、电流的情况下,输出电压中的交流电压的峰值。
狭义上的纹波电压,是指输出直流电压中含有的工频交流成分。
纹波用示波器可以看到,在直流电压上下轻微波动,就像水平面上波动的水纹一样,所以被称为纹波(见图1)。
图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形2.纹波的产生和危害2.1 电源纹波的产生电源主要有线性电源和开关电源二大类,输出的直流电压是一个固定值,由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。
由于滤波不干净,直流电压中含有交流成分,这就产生了纹波。
纹波是一种复杂的杂波信号,它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号,但周期和振幅不是定值,随时间而变,不同电源的纹波波形不一样。
产生电源纹波的因素有许多,即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。
线性电源由于我国供电频率是50Hz,所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器,纹波电压的频率常常是50nHz,n取自然数,大小取决于整流电路的类型。
对于半波整流,是1;对于全波整流,是2;对于三相全波整流,是6,即300Hz。
所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ或它的整数倍,幅值小,较易滤除,通常纹波可做到几mV。
如假定整流桥输出负载电流IL,负载电压VL,整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f,则其输出的纹波电压由表1各式计算。
表1 整流纹波电压采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压,一般表示为:△U=ILsin2wt/(2wC) (1)从式(1)中可以看出,纹波频率为输入频率的两倍,其幅值正比于变换器的输出电流,反比于输人电压频率和平滑电容的大小。
开关电源产生的纹波比较复杂、很难滤除且幅值较大。
一般开关电源的纹波比线性电源的纹波要大,频率要高。
主要来源于五个方面:低频纹波、高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声。
①高频纹波。
电源中的纹波、谐波和噪声
电源中的纹波、谐波和噪声
纹波:是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号。
指在额定输出电压、电流的情况下,输出电压中的交流电压的峰值。
狭义上的纹波电压,是指输出直流电压中含有的工频交流成分。
纹波的产生:我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类,输出的直流电压是一个固定值,由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。
由于滤波不干净,直流电压中含有交流成分,这就产生了纹波。
纹波是一种复杂的杂波信号,它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号,但周期和振幅不是定值,随时间而变。
纹波的危害:纹波电压高了,有可能使电子产品产生谐波、调制等,干扰正常的工作状态;导致电源效率降低;影响数字电路的逻辑关系;干扰信号的正常传递等等。
较强的纹波会产生浪涌电压或电流,有可能烧毁用电设备。
谐波:是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量,一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解,其余大于基波频率的电流产生的电量。
从广义上讲,由于交流电网有效分量为工频单一频率,因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。
谐波产生的原因:由于正弦电压加压于非线性负载,当电流流经负载时,与所加的电压不呈线性关系,基波电流发生畸变就形成非正弦电流,即电路中有谐波产生。
主要非线性负载有UPS、开关电源、整流器、变频器、逆变。
电源纹波的产生、危害、测量和抑制
1 引言对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源,但是它除了提供能量外,也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。
纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响,在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波.为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。
2 电源纹波纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号,指在额定输出电压、电流的情况下,输出电压中的交流电压的峰值。
狭义上的纹波电压,是指输出直流电压中含有的工频交流成分.纹波用示波器可以看到,在直流电压上下轻微波动,就像水平面上波动的水纹一样,所以被称为纹波(见图1)。
图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形2。
1 电源纹波产生我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类,输出的直流电压是一个固定值,由交流电压经整流、滤波、稳压后得到.由于滤波不干净,直流电压中含有交流成分,这就产生了纹波.纹波是一种复杂的杂波信号,它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号,但周期和振幅不是定值,随时间而变,不同电源的纹波波形不一样。
产生电源纹波的因素有许多,即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。
线性电源由于我国供电频率是50Hz,所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器,纹波电压的频率常常是50nHz,n取自然数,大小取决于整流电路的类型。
对于半波整流,是1;对于全波整流,是2;对于三相全波整流,是6,即300Hz。
所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ或它的整数倍,幅值小,较易滤除,通常纹波可做到几mV。
如假定整流桥输出负载电流IL,负载电压VL,整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f,则其输出的纹波电压由表1各式计算.表1 整流纹波电压采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压,一般表示为:△U=ILsin2wt/(2wC) (1)从式(1)中可以看出,纹波频率为输人频率的两倍,其幅值正比于变换器的输出电流,反比于输人电压频率和平滑电容的大小。
二极管后的电源纹波
二极管后的电源纹波
【实用版】
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1.二极管后的电源纹波概述
2.二极管后的电源纹波产生原因
3.二极管后的电源纹波危害
4.降低二极管后的电源纹波的措施
正文
一、二极管后的电源纹波概述
二极管后的电源纹波是指在电源输出端,由于电路中二极管的存在而产生的一种低频噪声。
这种噪声通常表现为电压波形的不规则波动,它会影响电源输出电压的稳定性,进而对电子设备的性能造成影响。
二、二极管后的电源纹波产生原因
1.二极管的非线性特性:二极管的导通电压与反向电压之间存在非线性关系,当输入电压发生变化时,二极管的导通电流也会发生波动,从而引起输出电压的纹波。
2.开关电源的工作原理:开关电源通过控制开关管的开关时间来调整输出电压,但在开关过程中,由于电路中存在电感、电容等元件,会导致输出电压出现短暂的波动,从而形成纹波。
3.负载电流的变化:当负载电流发生变化时,会引起电源输出电压的波动,从而产生纹波。
三、二极管后的电源纹波危害
1.影响设备性能:电源纹波会导致设备输出电压不稳定,从而影响设备的性能和寿命。
2.产生电磁干扰:电源纹波会产生电磁辐射,对周围电子设备产生干扰,影响设备的正常工作。
3.加速设备老化:电源纹波会引起设备内部元件的温升,从而加速设备的老化。
四、降低二极管后的电源纹波的措施
1.选择合适的二极管:选择具有较低非线性特性的二极管,可以减小纹波产生。
2.优化开关电源设计:通过调整开关管的开关时间、减小电感、电容等元件的寄生效应,可以减小纹波的产生。
3.增加滤波电路:在电源输出端添加滤波电容、电感等元件,可以减小纹波对负载的影响。
电源纹波测试详解
电源纹波测试一、纹波的定义电源纹波是电源性能最直观的表现,直流稳压电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的,不可避免地在直流稳压量中多少带有一些交流成分,这种叠加在直流稳压上的交流分量就称之为纹波(Ripple)。
图1 纹波与噪声示意图二、纹波的表示方法纹波可以用绝对量(有效值)、相对量(纹波系数)、或峰峰值来表示。
假设电源工作在稳压状态,其输出为5V/2A,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/5V=0.20%。
图2 纹波与噪声测量范围示意图三、纹波的危害(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;四、开关电源输出纹波主要来源1、来自开关电源的开关纹波以降压(Buck)电路为例。
降压电路的开关器件以特定频率导通或关断。
当器件开关时会产生与开关周期一致的开关纹波。
开关纹波的频率范围通常为几十kHz 至几MHz。
图3 开关电源的开关纹波示意图2、来自开关电源的高频纹波由于电路中寄生电感和电容的影响,实际中的开关电源还会随着开关管的导通和截止瞬间产生高频开关噪声。
开关噪声的频率高于开关频率;其幅值与寄生参数和PCB 布局有较大关联。
图4 开关电源的高频纹波示意图3、负载变化引入的纹波在某些应用场景中,负载电流会快速变化。
电流的剧烈变化会导致输出电压的波动。
图5 负载变化引入的纹波示意图五、纹波的测试方式使用示波器来测量纹波,首先探头一般情况下建议使用1X档,避免不必要的噪声衰减影响纹波的测量。
同时,记得要将示波器通道的衰减比也调成1X。
图6 测量纹波探头设置对比示意图一般开关电源输出的纹波频率在0~20MHz范围。
而高频同步开关噪声和信号反射等引起的噪声在0~1GHz范围。
PCB布线与纹波关系以及开关电源波纹的产生、测量与抑制
PCB布线与纹波关系以及开关电源波纹的产生、测量与抑制一、PCB布线与纹波关系布局:脉冲电压连线尽可能短,其中输入开关管到变压器连线,输出变压器到整流管连接线。
脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。
输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端,输入线应避免与其他电路平行,应避开。
Y电容应放置在机壳接地端子或FG 连接端。
共摸电感应与变压器保持一定距离,以避免磁偶合。
如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽,以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。
输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子,可影响电源输出纹波指标,两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。
发热器件要和电解电容保持一定距离,以延长整机寿命,电解电容是开关电源寿命的瓶劲,如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离,电解之间也须留出散热空间,条件允许可将其放置在进风口。
总的讲这三种手段都是增大PCB的电流承载能力,我觉得走线第一位的是缩短长度,这样是减小板上寄生电感的最有效办法。
如果长度定了在综合考虑的话,搪锡是最可取的:搪锡对于设计者容易实现,只要在阻焊层上开窗就行了,不用和PCB厂商最什么特殊接洽也没有附加费用,默认的PCB防氧化工艺就是热风整平,就是喷上锡用热风吹一下。
搪锡的缺点是裸露容易短路。
增加铜箔厚度的话就需要使用特殊的板料,一般都是1oz的板材。
如果需要加厚一般采用二次覆铜,二次铜皮强度低容易剥离。
需要与PCB厂家说明同时可能需要增加费用。
大面积覆铜,对于电压变化不频繁的网络可以,比如地线,或者稳压输出端,对于开关动作中电压波动大的地方不适合大面积覆铜,这样变化的电场回产生磁场,磁场再产生电场。
对就是电磁辐射。
那就是空间干扰。
同样影响性能。
二、开关电源纹波的产生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。
电源纹波分析测试与抑制
得精确 的预测模型 问题 ,将 B P神经 网络用 于非线性对
象 的模型预测控制当中 ,能够很好地逼近非线性对象的 实际模型 , 并针对 B P算法的不足 , 提出 P O B S — P算法 , 将
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电子质量 (02 3 21第0 期)
电源纹泼分析测试与抑制
测量法和电流信号测量法进行了介绍 ,并对两种 方法进 行 了比较 。针对实际使用要求对纹波抑制方法进行 了探
讨, 保证了电子设备性 能的发挥。 为以后设计 中的电源纹
素的影 响分析阴. 电子测量技术, 1, ( : — 4 2 0 3 )24. 0 3 44 [] 2 刘志平 . 7 仪表 中粗大误 差的剔 除分析 f. 检、 贝 0 J 电子测量 1 技术, 0 , (15 — 7 2 93 1) 5 5 . 0 2 : [赵 志宏 , 3 】 杨鹤勇. 某军用传感器 网络远程终端数据 采集 器设计【. J电子测量技术, 1, (: 4 16 ] 2 0 3 )3— 3. 0 3 41
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电源纹波标准
电源纹波标准电源纹波是指电源输出的直流电中所含有的交流成分,它是由于电源中的各种电子元件的非线性特性、电源工作时的波动等因素引起的。
在实际的电子设备中,电源纹波会对设备的稳定性和性能产生影响,因此有必要对电源纹波进行标准化管理。
一、电源纹波的定义和分类。
电源纹波是指电源输出的直流电中所含有的交流成分,它通常以峰值-峰值值来表示。
根据国际电工委员会(IEC)的定义,电源纹波可以分为额定负载下的纹波和额定负载下的纹波。
二、电源纹波的影响。
电源纹波对电子设备的影响主要体现在以下几个方面:1. 信号干扰,电源纹波会对设备的信号传输产生干扰,影响设备的正常工作。
2. 设备稳定性,电源纹波会影响设备的稳定性和可靠性,降低设备的工作效率和寿命。
3. 安全隐患,过大的电源纹波会对设备的安全性产生威胁,甚至引发火灾、爆炸等安全事故。
三、电源纹波的标准化管理。
为了规范电源纹波,保障电子设备的正常工作和用户的安全,国际上制定了一系列的电源纹波标准。
这些标准主要包括对电源纹波的测量方法、限制值和测试条件等方面的规定,以确保电源纹波在合理范围内。
1. 电源纹波的测量方法,国际上通用的电源纹波测量方法主要包括均方根法、峰-峰值法和频谱分析法等,不同的方法适用于不同的电源类型和工作环境。
2. 电源纹波的限制值,针对不同类型的电子设备和工作环境,国际上制定了一系列的电源纹波限制值,以确保设备的正常工作和用户的安全。
3. 电源纹波的测试条件,为了确保电源纹波测试结果的准确性和可比性,国际上对电源纹波的测试条件也做出了详细的规定,包括测试频率、负载条件、环境温度等。
四、电源纹波标准的应用。
电源纹波标准主要适用于电源生产厂家、电子设备制造商和相关的检测机构。
对于电源生产厂家来说,遵守电源纹波标准可以提高产品质量,增强产品竞争力;对于电子设备制造商来说,选择符合标准的电源可以提高设备的稳定性和可靠性;对于检测机构来说,依据标准进行测试可以保证测试结果的准确性和可比性。
纹波测量与抑制
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。
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。
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1 引言对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源,但是它除了提供能量外,也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。
纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响,在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波。
为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。
2 电源纹波纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号,指在额定输出电压、电流的情况下,输出电压中的交流电压的峰值。
狭义上的纹波电压,是指输出直流电压中含有的工频交流成分。
纹波用示波器可以看到,在直流电压上下轻微波动,就像水平面上波动的水纹一样,所以被称为纹波(见图1)。
图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形2.1 电源纹波产生我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类,输出的直流电压是一个固定值,由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。
由于滤波不干净,直流电压中含有交流成分,这就产生了纹波。
纹波是一种复杂的杂波信号,它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号,但周期和振幅不是定值,随时间而变,不同电源的纹波波形不一样。
产生电源纹波的因素有许多,即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。
线性电源由于我国供电频率是50Hz,所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器,纹波电压的频率常常是50nHz,n取自然数,大小取决于整流电路的类型。
对于半波整流,是1;对于全波整流,是2;对于三相全波整流,是6,即300Hz。
所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ 或它的整数倍,幅值小,较易滤除,通常纹波可做到几mV。
如假定整流桥输出负载电流IL,负载电压VL,整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f,则其输出的纹波电压由表1各式计算。
表1 整流纹波电压采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压,一般表示为:△U=ILsin2wt/(2wC) (1)从式(1)中可以看出,纹波频率为输人频率的两倍,其幅值正比于变换器的输出电流,反比于输人电压频率和平滑电容的大小。
开关电源产生的纹波比较复杂、很难滤除且幅值较大。
主要来源于五个方面:除低频纹波外还有高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声。
一般开关电源的纹波比线性电源的纹波要大,频率要高。
①高频纹波。
高频纹波来源于开关变换电路。
开关电源的开关管在导通和截止的时候,都会有一个上升和下降时间,这时候在电路中就会出现一个与开关上升与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。
还有高频变压器的漏感也会产生高频干扰。
这些噪声一般叫做高频纹波噪声,幅值通常要比纹波大得多。
图2 开关纹波和高频噪声如假设输出整流电容Cf有限,实际电容也有损耗,流进电容的电流ics是脉动的,使Vo 脉动,形成纹波电压。
假定D为占空比、L为储能电感、C为滤波电容、fs为开关频率,则常用的4种基本类型变换器的输出纹波电压列于表2。
表2 高频纹波电压从表2可以看出,通常高频的输出噪声,大小与开关电源的频率和输出滤波器有关。
电源的开关频率越高,电感和电容值越大,则输出纹波越小。
②共模噪声。
功率器件与散热器底板和变压器原边与副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当电压作用于功率器件时,导致开关电源的输出端产生共模纹波嗓声。
③开关器件产生的噪声。
随着开关的开启和关闭的切换,电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动。
所以在输出端也会出现一个与开关同频率的纹波。
④调节控制环路引起的纹波噪声。
实际电路中控制环路要有时间响应,不能做到线性调节,故输出电压瞬间会忽高忽低,甚至有可能造成电源系统的振荡,由此产生了纹波噪声。
2.2 纹波电压危害在调试产品时会遇到以下这些现象:喇叭或听筒发生嗡嗡的杂音,这可能是音频范围内的类似正弦波的纹波信号推动喇叭的纸盆或话机的听筒而形成杂音;调试信号放大系统时,能看到纹波电压对放大信号产生调制,形成杂波;如果电视图像的背景上有细横条向上或向下滚动,可能是由激励器中调制、校正等中频单元的供电电源纹波过大引起。
以上现象都可能是纹波在捣乱。
纹波电压高了,有可能使电子产品产生谐波、调制等,干扰正常的工作状态;导致电源效率降低;影响数字电路的逻辑关系;干扰信号的正常传递等等。
较强的纹波会产生浪涌电压或电流,有可能烧毁用电设备。
要使纹波足够小,必须准确地测出纹波的大小。
3 电源纹波测量电源纹波的测量分两大类,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(20±5)℃的室内进行,湿度应小于80%,周围对测量有影响的机械震动及电磁干扰应减到最小,标准仪器与被检电源应在以上的检定环境下放置24h以上。
对纯电源来讲,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。
除选低噪声的纯阻性负载或电子负载外,还要选择对应的测量标准。
不同的标准会有不同的测量结果。
纹波电压可以用绝对量,也可以用相对量来表示。
纹波电压幅度与直流电压幅度之比称为电源的纹波系数,常用对数方式表示。
例如一个电源工作在稳压状态,其输出为10V/1A,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/10V=0.1%,即等于千分之一。
电源纹波的测量可以用毫伏表或示波器。
3.1 示波器测量电源纹波目前常用示波器来测量电源纹波,除了可测量纹波的各种电压值,还可以看到波形。
如使用数字示波器,注意存储深度和干扰,否则可能造成无法正确的测量。
可以用模拟示波器,泰克公司生产的示波器有专门配备的电源纹波测量软件。
用示波器对电源纹波测量的连线方式有以下几种:靠连法使用带有地线环的示波器探头,将探针直接接触正输出的管脚,地线环直接接触负输出的管脚,这样从示波器中读出的峰峰值为输出线上的纹波与噪声,如图3。
图3 靠测法直连法将地线环直接与负输出管脚连接,利用探头接地环进行输出端测试,如图4。
图4 直测法绞连法输出管脚接双绞线后接电容,在电容两端用示波器测量。
在用以上方法连接测量时要注意:首先,根据要求规定示波器测量纹波的带宽上限,以避免拾取超出纹波带宽上限的高频噪声,一般带宽上限设为20MHz,为了滤除叠加的直流电压,采用AC耦合输入方式;其次,摘掉探针的“帽子”,直接用探头的屏蔽地和信号输出地连接,减短长接地引线形成的天线;为减小探头感应的影响,多数情况下都采用在探头接入点的位置并联小电解电容和瓷片电容,并联电容可以减少外界干扰信号进入示波器,也可以将一段短线绕在探针接地引线周围,并使之与电源地相连接。
这样做的好处是缩短暴露在电源附近高强度电磁辐射中的探针长度,从而进一步减少高频拾取。
此外,把示波器引线绕在铁芯上可减小共模电流,因为这样会形成一个不影响差分电压测量、但可降低由共模电流产生的测量误差的共模电感,在隔离电源中,真正的共模电流是由在探针接地引线中流动的电流产生的,这就使得在电源地和示波器地之间产生电压降,表现为纹波。
3.2 交流毫伏表测量电源纹波用交流毫伏表来测量纹波电压,是因为毫伏表只对交流电压响应,并且灵敏度高,可测量很小的交流电压,而纹波往往是比较小的交流电压。
毫伏表可直接读出纹波电压的有效值、峰值和平均值。
但结果与毫伏表的频响有关,在使用交流数字电压表时,要注意其频响范围,不同范围会有不同的测量结果。
4 电源纹波抑制抑制纹波电压的通常做法是,加大滤波电路中电容容量,或采用LC滤波电路,或采用多级滤波电路;以线性电源代替开关电源;合理布线等。
但如果能有针对的采取措施可能会起到事半功倍的效果。
4.1 低频纹波的抑制对开关电源来说,可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。
低频纹波是输入整流纹波通过DC/DC变换器传递到输出的,它的大小取决于整流滤波电容器的电容量和反馈调节回路的调节器性能。
根据开关电源的公式,输出纹波和输出电容值成反比,电感内电流波动大小和电感值成反比。
所以加大电容值和电感值可以减小输出纹波。
适当配置调节器的参数,增大交流反馈,也可以有效地降低纹波。
4.2 高频纹波的抑制输出纹波从频谱上分主要由低频纹波、开关频率纹波和尖峰三个方面组成。
而尖峰是纹波的主要部分,它的大小基本决定了纹波的大小。
因为高频变压器初级、次级存在漏感,开关管在导通和截止的瞬间,漏感中的电流无法释放便产生了尖峰。
整流尖峰的产生原因是高频整流管的PN结存在结电容,整流管在导通和截止的瞬间,结电容的充放电也会产生尖峰。
从示波器中可看到开关电源输出尖峰的频率约50MHz~100MHz,远高于滤波电感器的截止频率,不能用常规的电感滤波方式来解决。
实际工作中只能采取减小变压器漏感和采用软恢复特性的高频整流管;采用高频滤波器;采用多级滤波;提高开关电源工作频率。
4.3 共模纹波的抑制对于共模纹波嗓声的常用方法:(1)减小控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出端加共模抑制电感及电容;(2)采用EMI滤波器;(3)降低开关毛刺幅度。
4.4 控制环路的抑制控制环路参数不适当会引起纹波,当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路,可能导致调节器的自激振荡,引起附加纹波。
此纹波电压一般没有固定的频率。
抑制方法有:(1)调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大;(2)合理选择环路的放大倍数。
放大倍数过大会引起调节器的振荡或自激,使输出纹波增加,放大倍数过小使输出电压稳定性变差,所以调节器的放大倍数的参数要合理选取,调试中应根据负载状况进行调节。
(3)低噪声低压差线性调节器(LDO)。
电源输出端接LDO滤波,这是减少纹波和噪声最有效的办法,输出电压恒定,不需要改变原有的反馈系统,但成本很高,功耗较大。
4.5 PCB 设计开关电源的PCB设计非常重要,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(一般在特定的负载下发生)。
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。
5 结语电源几乎对于每种电子产品都必不可少,电源的性能对一个大型系统产生重要的影响。
要确保高可靠性、稳定性、兼容性、安全性,测量是唯一的办法。
通过有效的测量和分析,才能保证得到理想的产品。