关于开关电源音频噪声处理的一点经验
开关电源适配器的噪音问题来源于哪些方面?
开关电源适配器的噪音问题来源于哪些方面?开关电源的噪音分高频噪声,低频噪声,及音频噪声,高频噪声主要来源于开关电源的开关噪声,而低频和声频噪声一般来源于控制回路,要想处理好噪声问题,首先需要清楚噪声由那部分引起。
噪声的PCB设计/电路振荡/磁性元件在三个方面:1)电路振荡,输出功率非常低的频率稳定度波。
由于没有足够的冗余电路的稳定性。
理论上可以使用系统控制理论在做理论分析的频域方法/时间域方法或劳斯判据。
方便的装置,计算机仿真验证电路的稳定性,以避免发生自激振荡,有各种各样的软件可以使用。
准备的电路,可以增加输出滤波电容或电感/更改的位置信号反馈/增加积分电容PI调节器/减少的开环放大倍数的方法来改善。
2)PCB设计A)EMI噪声引起的RF噪声调整PI调节器,输出误差信号中含有的干扰。
主视图的高频电容是太远离开成分,无论是大C形环绕布线等...B)至少有两个以上的点PCB线路控制电路和电源电路的共享。
PCB覆铜是不是一个完美的导体,它可以始终是等效的电感器或电阻器元件,当电源电流流经普通PCB的线和控制回路,以在PCB上,每个节点的控制电路中产生的电压降分散在不同的位置控制网络酒店干扰,电路噪声,电源电流引起的电压降。
这发生在电源接地线,注意单点接地可以改善。
3)磁性元件磁体具有磁特性的应变,漆包线将泄漏磁场的左侧和右侧的电功率,对这些因素的综合作用下,发生本地泛音或1 / N的频率共振。
改变开关频率,并能够提高磁性元件浸渍。
这通常是一个小的经验,尝试。
不知道你说的噪音是机械振动噪音或高频率的交流分量的输出电压?这两种噪声中经常遇到的开关电源机械噪声主要是由于电路中存在异常电击,频率小于20K,变压器,电感,磁芯,声音,人耳能听到的。
解决的办法是调节补偿,以降低放大器的输入阻抗,在敏感的地方干扰,加上吸收电路。
输出纹波噪声主要是由于到该管的切换的时刻,由于变压器的漏电感和线路电感引起的电压尖峰,它是由输出纹波噪声,高频开关电源一般,我们做什么,要远远大于20K,所以,如果没有异常的电路冲击,我们不能听到声音V1〜V4整理由一个桥式整流器,AC输入开关电源转换为DC电压Vi施加到高频变压器的初级L1和开关阀V5。
开关电源的噪音及解决方法(3)
开关电源的噪音及解决方法(3)3)两个单元电路最好不要共用一个电源供电及同一段地线。
放大器屏蔽壳、变压器屏蔽层的良好接地等。
(2)结构上的措施:屏蔽屏蔽是解决电磁兼容问题的重要手段之一,目的是切断电磁波的传播途径。
大部分电磁兼容问题都可以通过电磁屏蔽来解决。
用电磁屏蔽的方法解决电磁干扰问题的最大好处是不会影响电路的正常工作。
屏蔽分为电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。
对开关电源来说,主要是要做好机壳的屏蔽、高频变压器的屏蔽、开关管和整流二极管的屏蔽以及控制、驱动电路的屏蔽等,并要通过各种方法提高屏蔽效能。
开关电源的噪音及解决方法 [篇2]导读: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。
开关电源的噪音抑制
开关电源的噪音抑制
开关电源的噪音抑制当今开关电源大量的在各个领域应用,开关电源以效率高、体积小、重量轻等优点被人们称道,但是开关电源产生的噪音也渐渐被大家所重视。
由于噪音对电网的污染导致许多设备工作异常、甚至无法工作,所以对其噪音的抑制已经被逐渐关注,以致被提到一个很高的高度。
本文就开关电源产生噪音的种类、噪音产生的方式、传递噪音的主要因素、噪音抑制的对策等进行了分析并提出相应的解决方法。
1 噪音的种类 3 传递噪音的主要因素传递噪音主要有以下四个方式:实际电子设备的噪音是通过上述几个方面产生的,要解决它不是一件容易的事情。
电子设备的噪音抑制方法和对策是通过试验和分析查明产生噪音的原因,然后再逐个加以解决。
电子设备的噪音抑制方法和对策包括抑制噪音源的对策和切断噪音传播途径两个方面。
开关电源的抑制噪音的对策也是这样的。
4 开关电源的噪音对策(1)降低电压性噪音源为了防止共模噪音,如图4所示,可设置屏蔽来阻止这种高频电流的泄漏。
即在变压器T1的初级装有屏蔽层,并连接至初级侧的静电位;开关管V1外壳亦连接到初级侧的静电位。
TI的次级装有屏蔽层,也连接到次级侧的静电
位。
这样使高频电位基本上为0V,共模噪音源的干扰幅度可以被大幅度减小。
(2)降低电流性噪音(3)滤波器电路的构成 5 结束语以上对开关电源产生噪音的主要原因进行了分析,并对抑制噪音的措施进行研究。
但是对开关电源来说,对其产生的噪音并不能完全消除,只能随着科学技术的进步逐渐降低减小开关电源的噪音。
adc采集开关电源噪声处理方案
adc采集开关电源噪声处理方案ADC采集开关电源噪声处理方案引言:在电子设备中,ADC(模数转换器)的采集信号质量直接影响着整个系统的性能。
而开关电源作为一种常用的电源供应方式,其输出的噪声信号往往会对ADC采集信号造成干扰,从而影响采集数据的准确性。
因此,针对ADC采集开关电源噪声的处理成为了一个重要的技术问题。
一、开关电源噪声的来源及特点开关电源的工作原理是通过开关管的开关动作,将直流电压转换为高频脉冲信号,再通过滤波电路将其转换为稳定的直流电压。
在这个过程中,开关动作会产生电磁干扰(EMI)和电压波动(Ripple)两种主要的噪声源。
1. 电磁干扰(EMI):开关电源在开关动作时会产生高频噪声,这些噪声通过导线和PCB板传播,对周围的电路和器件产生干扰。
电磁干扰的频率范围主要集中在几十千赫兹到几百兆赫兹,对ADC的采集信号会产生较大的干扰。
2. 电压波动(Ripple):由于开关电源的输出是通过开关管的开关动作来实现的,因此在输出的直流电压中会存在一定的纹波,这种纹波信号会对ADC的采集信号造成干扰。
电压波动的频率主要集中在几百赫兹到几千赫兹,对ADC采集的低频信号会产生较大的影响。
二、开关电源噪声对ADC采集信号的影响开关电源的噪声信号会对ADC采集信号产生直接或间接的影响,主要表现为以下几个方面:1. 降低信噪比(SNR):开关电源的噪声信号会与被采集信号叠加在一起,从而降低了信号的噪声比,使得采集到的信号质量下降。
2. 引入谐波干扰:开关电源的高频噪声会引入谐波干扰,使得采集到的信号中出现频谱分布不均匀的现象,从而导致采集数据的失真。
3. 产生杂散分量:开关电源的电压波动会引入杂散分量,使得采集信号中出现额外的频率成分,干扰了原始信号的准确采集。
三、开关电源噪声处理方案针对开关电源噪声对ADC采集信号的影响,可以采取以下几种方案来进行处理,以提高ADC采集信号的质量:1. 电源滤波:通过在开关电源的输入端或输出端添加滤波电路,可以有效地抑制开关电源产生的高频噪声。
开关电源“有噪音”可以这样解决
开关电源“有噪音”可以这样解决凡是做过开发工作的人员都有这样的经历,测试开关电源或在实验中有听到类似产品打高压不良的漏电声响或高压拉弧的声音不请自来:其声响或大或小,或时有时无;其韵律或深沉或刺耳,或变化无常者皆有。
音频噪声一般指开关电源自身在工作的过程中产生的,能被人耳听到频率为20-20kHz的音频信号。
电子和磁性元件的振荡频率在人耳听觉范围内时,会产生能听见的信号。
这种现象在电力变换研究初期已为人知。
以50和60Hz工频工作的变压器常常产生讨厌的交流噪声。
如果负载以音频元件调制,以恒定超声频率工作的开关功率转换器也会产生音频噪声。
低功率电平时,音频信号通常与转换器无关.但是,设计人员可能希望降低其电路的声波发射.低功率AC-DC转换器中,将50或60Hz 变压器的铁心薄片焊接在一起,能使交流噪声降至容许的水平。
高频开关转换器中的铁氧体变压器也采用了类似的技木。
过去常用高级音频工程设备来研究开关电源的声波辐射。
这种装置可以非常精确地测量绝对声压级和声谱,但人类对声音的感觉是很主观的.很难说多大的声音是能听到的,更难以确定的是在特定应用中多大的声音会被认为是难以忍受的噪声。
声波辐射与电磁辐射相似,但没有用于衡量听觉容忍度的通用基准。
因此,设计者可以依据以下方针来处理与音频噪声相关的问题,减少产品的声音辐射。
电源音频噪声的产生与抑制方法:一、变压器产生的音频噪声在大多数反激式转换器应用中,变压器是主要的音频噪声源。
试验板上第一个变压器原型产生的噪声往往令人吃惊.采用众所周知的恰当的结构技巧将基本上消除噪声而不增加额外的费用.在装配原型变压器时要注意成品性能的可重复性。
有一些机制会产生变压器噪声,每种都会产生发出声音的机械位移。
这些机制包括:相对运动—磁芯两部分间的吸引力使其移动,压迫将其分隔的介质。
撞击—如果两块磁芯的表面能接触,它们响应磁通激励而移动会使二者碰撞或刮擦。
弯曲—仅在EE或EI结构的磁芯中间腿存在的裂隙,可使磁芯各部分沿其间吸引力的方向。
开关电源噪声的产生与抑制措施(5篇模版)
开关电源噪声的产生与抑制措施(5篇模版)第一篇:开关电源噪声的产生与抑制措施噪声的种类开关电源无论在体积、重量和效率方面都有显著的优点,已得到广泛的应用。
但开关电源最大缺点是容易产生噪声。
噪声的产生一般可分为两大类:一是开关电源内部元件形成的干扰;二是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰,这涉及到人为因素和自然界的因素。
1.1 输出脉动噪声主要是在输出端出现的脉冲干扰,产生的原因有:由AC输入频率引起的低频脉动电压;开关电源频率引起的高次谐波脉动电压;开关接通、断开时的尖峰噪声;对上述噪声的振幅最大值可用同轴电缆接到示波器上来观察测定。
1.2 辐射电场强度开关电源产生的噪声会辐射到空间。
辐射噪声的测定方法是:接好天线,开启仪器(场强仪等),用天线接收直射波与反射波。
被测电源放在非金属的实验台上以360°来回转动,天线以上下1~4m距离移动以检测最大值。
测试以垂直与水平两个方向来测定。
1.3 外来突变电压外来突变电压干扰可用噪声模拟器检测。
在输入交流线上同时注入同相杂音(注入电压据开关电源种类而定)。
两者相位以90°、270°为最合适。
确认在这外来突变电压的作用下,输出直流电压有无变动,并观察保护装置等是否产生误动作。
1.4 雷电冲击耐压实验使用雷电冲击发生器,以保险丝以外的元件不损坏为原则,看一看输出电压的变动是否超过附加电压的规定。
噪声产生源 2.1 开关管开关功率管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容。
当开关管流过大的脉冲电流时,大体上形成了矩形波,该波形含有许多高频成份。
由于开关电源使用的元件参数如开关功率管的存储时间,输出级的大电流,开关整流二极管的反向恢复时间,会造成回路瞬间短路,产生很大短路电流。
凡有短路电流的导线及这种脉冲电流流经的变压器和电感产生的电磁场形成噪声源。
2.2 二极管的恢复特性PN型硅二极管用作高频整流时,正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除(因载流子的存在,还有电流流过)。
开关电源产生的噪声的原因与解决方案
开关电源产生的噪声的原因与解决方案电子猎头:帮助电子工程师实现人生价值!电子元器件:价格比您现有供应商最少降低5%从数据中心的服务器到电信设备和工业系统,开关模式电源(SMPS)用于各种应用,因为它具有高效率,功率密度和低成本的快速瞬态响应等优点。
然而,虽然提供许多优点,但已知SMPS电源如开关降压和升压DC/DC转换器以及负载点(POL)调节器会产生噪声。
在寻求保持数据完整性和高性能的许多应用中,这种噪声是不希望的。
此外,为了通过更严格的新监管标准,电源产生的EMI必须保持低于以往的水平。
实际上,这些电源的开关频率会产生许多不同类型的噪声。
之前有人认为它们是由开关频率引起的高频噪声的开关噪声开关转换,开关转换后振铃,以及在一个系统中运行的多个开关稳压器引起的拍频。
这里我们将研究开关稳压器和DC/DC转换器产生的这些不同类型的噪声,并讨论解决方案,包括滤波技术,以减少和最小化开关SMPS电源中的噪声。
SMPS噪声根据Dostal,主要噪声类型是由开关频率产生的开关噪声供应。
他说,通常,对于非隔离式DC/DC转换器,此噪声的频带在500 kHz 和3 MHz之间。
但是,由于它取决于开关频率,因此可以使用低通滤波器轻松控制和滤除。
开关噪声会产生输出纹波电压,如图1所示。
可以使用无源LC低通滤波器或有源低通滤波器轻松滤除。
图1:由开关稳压器的开关频率引起的输出纹波电压(顶部)。
使用LC滤波器的衰减纹波电压显示在底部。
然而,在我们进入滤波器设计之前,让我们更详细地检查输出纹波电压。
如公式1所示,开关稳压器的输出纹波电压可以通过电感电流纹波精确计算,电感电流纹波基于电感的实际电感值,开关转换器的输入和输出电压,开关频率(fSW)和输出电容(COUT))包括其等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)。
根据ADI的开关转换器数据手册,在电感选择方面存在一些折衷。
例如,小电感器以较大的电感器电流纹波为代价提供更好的瞬态响应,而大电感器以较慢的瞬态响应能力为代价导致较小的电感器电流纹波。
浅谈如何降低反激式开关电源音频噪声
浅谈如何降低反激式开关电源音频噪声西安展芯微电子技术股份有限公司张国卿人耳可听的音频范围一般在20Hz~20KHz,尤其对2~4KHz最为敏感,当电源工作时存在以上频率分量且能量达到一定时,就会听到刺耳的音频噪声,如等响曲线图1。
需要说明的是,在开关电源中存在一些音频噪声是正常的,要确定噪声是否在可接受范围内,必须在最终壳体或产品中进行测试。
假如电源用在密闭的壳体中,音频噪声一般不会构成问题。
图1 等响曲线目前反激式开关电源可以分为原边反馈式和次边反馈式,由于两类对频率控制方式不同,故音频噪声产生的原因是不相同的。
先来看看原边反馈式频率控制方式,从空载到满载时频率从一个低值(比如1KHz),逐渐上升到高值(比如65KHz),由于频率是连续增加的,所以会经历整个音频噪声区间。
展芯微电子开发的第一代产品PR623X负载和频率呈线性关系,故在30%的负载内均可能发生异音;展芯微电子开发的新一代产品PR6214和PR6434,分别使用了先进的降噪音技术,其中PR6214采用了两段式频率曲线,PR6434采用优化的非线性频率曲线,如负载与频率曲线图2。
使得音频噪声的负载区间大幅压缩,其中PR6214可以压缩到15%以内,PR6434可以压缩到7%以内,此时,由于开关电源传输能量极低,基本上可以消除异音。
同时,PR6214和PR6434的频率曲线配合谷底导通模式,可实现较高的平均效率。
LoadFosc20KHz 30% 15%7% 100%图2 负载与频率曲线次边反馈反激式开关电源一般情况下是不会发出噪声的,因为其开关频率都大于20KHz 。
由于为了降低待机功耗,大多数电源在空轻载时要进入打嗝模式,尽管打嗝模式下的典型频率一般都在20KHz 左右,但是其波群间的频率可能进入音频范围,如打嗝模式图3。
鉴于此,展芯微电子开发的次边反馈式产品将波群间频率控制小于1KHz ,有效降低音频噪声,如PR6863N 、PR6244等图3 打嗝模式在开关电源中,有些器件是产生音频噪声的来源,如陶瓷电容和变压器(电感)如图4。
6种方法教你解决开关电源啸叫问题!!!
6种方法教你解决开关电源啸叫问题开关电源控制着电路中开关管开通和关断的时间比率,维持着稳定的电路电压输出,是一种非常常见的电源设计。
但是从事过开关电源设计的人都知道,在对开关电源进行测试的过程当中,经常会听到一些啸叫声,类似于打高压不良时发出的漏电音,或着像高压拉弧的声音。
那么当这些现象出现时,应当如何解决他们呢?通常来说,开关电源啸叫的原因一般有六种诱因,我们相对应地提供了如下的解决办法。
一、变压器浸漆不良包括未含浸凡立水。
啸叫并引起波形有尖刺,但一般带载能力正常,特别说明:输出功率越大者啸叫越强,小功率者则表现不一定明显。
一款72W的充电器产品中就有过带载不良的经验,并在此产品中发现对磁芯的材质有着严格的要求。
补充一点,当变压器的设计欠佳时,也有可能工作时振动产生异响。
二、PWM IC接地走线失误通常产品表现为会有部分能正常工作,但有部分产品却无法带载并有可能无法起振的故障,特别是应用某些低功耗IC时,更有可能无法正常工作。
比如SG6848试板,由于当初没有透彻了解IC的性能,凭着经验便匆匆layout,结果试验时竟然不能做宽电压测试。
三、光耦工作电流点走线失误当光耦的工作电流电阻的位置连接在次级滤波电容之前时,也会有啸叫的可能,特别是当带载越多时更甚。
四、基准稳压IC TL431的接地线失误同样的次级的基准稳压IC的接地和初级IC的接地一样有着类似的要求,那就是都不能直接和变压器的冷地热地相连接。
如果连在一起的后果就是带载能力下降并且啸叫声和输出功率的大小呈正比。
当输出负载较大,接近电源功率极限时,开关变压器可能会进入一种不稳定状态。
前一周期开关管占空比过大,导通时间过长,通过高频变压器传输了过多的能量;直流整流的储能电感本周期内能量未充分释放,经PWM判断,在下一个周期内没有产生令开关管导通的驱动信号,或占空比过小。
开关管在之后的整个周期内为截止状态,或者导通时间过短。
储能电感经过多于一整个周期的能量释放,输出电压下降,开关管下一个周期内的占空比又会较大……如此周而复始,使变压器发生较低频率(有规律的间歇性全截止周期,或占空比剧烈变化的频率)的振动,发出人耳可以听到的较低频率的声音。
降低开关电源噪声的五大法宝
降低开关电源噪声的五大法宝中心议题:•降低开关电源噪声的方法开关电源的特征就是产生强电磁噪声,若不加严格控制,将产生极大的干扰。
下面介绍的技术有助于降低开关电源噪声,能用于高灵敏度的模拟电路。
1 电路和器件的选择一个关键点是保持dv/dt和di/dt在较低水平,有许多电路通过减小dv/dt和/或di/dt来减小辐射,这也减轻了对开关管的压力,这些电路包括ZVS(零电压开关)、ZCS(零电流开关)、共振模式.(ZCS的一种)、SEPIC(单端初级电感转换器)、CK(一套磁结构,以其发明者命名)等。
减小开关时间并非一定就能引起效率的提高,因为磁性元件的RF 振荡需要强损耗的缓冲,最终可以观察到不断减弱的回程。
使用软开关技术,虽然会稍微降低效率,但在节省成本和滤波/屏蔽所占用空间方面有更大的好处。
2 阻尼为了保护开关管免受由于寄生参数等因素引起的振荡尖峰电压的冲击常需要阻尼。
阻尼器连到有问题的线圈上,这也可以减小发射。
阻尼器有多种类型:从EMC角度看,RC阻尼器通常在EMC上是最好的,但比其他的发热多一些。
权衡各方面的利弊,在缓冲器中应谨慎使用感性电阻。
3 磁性元件有关问题及解决方案特别需注意的是电感和变压器的磁路要闭合。
例如,用环形或无缝磁芯,环形铁粉芯适合于存储磁能的场合,若在磁环上开缝,则需一个完全短路环来减小寄生泄漏磁场。
初级开关噪声会通过隔离变压器的线圈匝间电容注入到次级,在次级产生共模噪声,这些噪声电流难以滤除,而且由于流过路径较长,便会产生发射现象。
一种很有效的技术是将次级地用小电容连接到初级电源线上,从而为这些共模电流提供一条返回路径,但要注意安全,千万别超出安全标准标明的总的泄漏地电流,这个电容也有助于次级滤波器更好的工作。
线圈匝间屏蔽(隔离变压器内)可以更有效地抑制次级上感应的初级开关噪声。
虽然也曾有过五层以上的屏蔽,但三层屏蔽更常见。
靠近初级线圈的屏蔽通常连到一次电源线上,靠近次级线圈的屏蔽经常连到公共输出地(若有的话),中间屏蔽体一般连到机壳。
开关电源工作时,如何抑制纹波和减小高频噪声
文章来源电子发烧友网开关电源的纹波和噪声是一个本质问题,换而言之无论纹波和噪声多么小,也无法从根本上去除,再绝对的讲开关电源无论成本怎么提高,也无法完全达到线性电源的性能和特点。
那么,通常抑制或减少它的做法有五种: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。
通常的做法,对于输出电容,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提供电流,通常在靠近电流输入端(以BucK 型为例,是SWITcH 附近),并联电容来提供电流。
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。
采样点选在LC 滤波器之前(Pa),输出电压会降低。
因为任何电感都有一个直流电阻,当有电流输出时,在电感上会有压降产生,导致电源的输出电压降低。
而且这个压降是随输出电流变化的。
采样点选在LC 滤波器之后(Pb),这样输出电压就是我们所希望得到的电压。
但是这样在电源系统内部引入了一个电感和一个电容,有可能会导致系统不稳定。
关于系统稳定,很多资料有介绍,这里不详细写了。
开关电源EMI噪声分析及抑制
开关电源EMI噪声分析及抑制开关电源是一种高效率的电源转换器,能将电能转换为不同电压、电流和频率的输出。
然而,由于其高频开关行为引起的电磁干扰(EMI)噪声,可能对其他电子设备和通信系统产生不良影响。
因此,EMI噪声的分析和抑制对于开关电源设计和应用至关重要。
EMI噪声源主要包括开关器件、开关电容和开关电感。
开关器件的开关动作会产生脉冲干扰,频率可达数MHz至数GHz。
开关电容和开关电感则会导致谐振效应,形成谐振峰,并产生共模和差分噪声。
为了对EMI噪声进行分析,通常需要进行频谱分析。
可以使用频谱分析仪来测量开关电源的频谱,并确定EMI噪声的频率范围和幅度。
根据测量结果,可以采取相应的措施来抑制EMI噪声。
首先,选择合适的滤波器。
在开关电源的输入端和输出端都可以加入滤波器,以滤除高频噪声。
常用的滤波器包括电源型滤波器、陷波滤波器和共模滤波器等。
电源型滤波器通常采用电容和电感组成,并将高频噪声短路至地。
陷波滤波器则能够抑制特定频率的噪声,而共模滤波器则能滤除共模噪声。
其次,可以采取屏蔽措施。
通过将敏感部件(例如传感器和高速信号线)包裹在屏蔽层中,可以阻挡电磁辐射对其的干扰。
屏蔽可以采用金属盒、铜箔和铁氧体等材料实现。
此外,还可以采用良好的地线布局和绝缘层来提高屏蔽效果。
此外,优化PCB设计也是抑制EMI噪声的重要手段。
首先,在布局设计时,应尽量减小回路面积和环路面积,以降低信号线的长度和电流回路的大小。
其次,应使用短而宽的连线,以减小线路的电感和电阻。
而在布线设计时,则需要注意信号线和电源线的分离,避免共模干扰。
此外,由于高频信号对连线的特殊要求,可以采用扇形隔离和差分传输等技术来提高电路的抗干扰能力。
最后,还可以通过使用低EMI噪声的开关元件、降低开关频率和斩波频率来抑制EMI噪声。
开关元件的选择应具备低开关电流和低开关损耗的特性,以减小开关动作带来的噪声。
而降低开关频率和斩波频率则是通过改变控制电路来实现的,可以减小时域和频域上的噪声。
开关电源的电磁干扰及噪声抑制方法
开关电源的电磁干扰及噪声抑制方法开关电源是现代电子应用中常见的一种电源形式,其工作原理是通过开关管开关控制输入电压的大小和频率以实现电压转换。
但是,开关电源在工作过程中会产生电磁干扰和噪声,对其他电子设备的正常工作产生影响。
因此,为了抑制开关电源的电磁干扰和噪声,在设计和使用开关电源时需要采取一些措施。
首先,开关电源产生的电磁干扰主要包括导向式干扰和辐射式干扰。
导向式干扰是指开关电源通过引线或线路对周围设备产生的电磁干扰,辐射式干扰是指开关电源通过电磁波辐射对周围设备产生的干扰。
对于导向式干扰,可以采取以下措施进行抑制:1.滤波器:在开关电源的输入和输出端加装滤波器,用于滤除高频噪声和电磁干扰。
常用的滤波器有LC滤波器、RC滤波器和Pi型滤波器等。
2.输入电源线路的处理:尽量缩短输入电源线路的长度,采用屏蔽线材,减小电磁干扰的传播路径。
同时,在输入电源线上添加额外的滤波电容和电感,抑制高频噪声。
3.地线处理:通过合理布置地线,减小接地电阻,提高地线的抗干扰能力。
将开关电源的地线与其他设备的接地点连接,共用同一个地线。
对于辐射式干扰,可以采取以下措施进行抑制:1.屏蔽:在开关电源的外壳上添加金属屏蔽罩,减少电磁辐射。
金属屏蔽罩应与开关电源的地线连接,以形成完整的屏蔽。
2.PCB设计:在开关电源的PCB板设计中,合理布局信号和电源线路,减小线路的长度。
同时,采用地平面和电源平面屏蔽,减少信号线和电源线的交叉和干扰。
3.使用低频率开关管:低频率工作的开关管辐射干扰较小,可以有效降低开关电源的电磁辐射干扰。
此外1.选择合适的元器件:选用带有防干扰措施的元器件,如具有抗干扰特性的电解电容和电感器件,减小干扰的产生和传播。
2.电源输出滤波:在开关电源的输出端添加滤波电容和电感,减小输出电压的纹波和噪声。
3.接地处理:通过合理的接地设计和连接方式,减小接地电阻,提高接地抗干扰能力。
4.EMI滤波器:在开关电源的输入端和输出端加装EMI滤波器,进一步滤除高频噪声和电磁干扰。
如何使用电容来降低开关电源噪声
如何使用电容来降低开关电源噪声开关电源输入用共模滤波器中包括电容器、电感、铁氧体磁珠和电阻等部件。
接下来将对其中使用电容和电感降噪的对策进行介绍,这也可以称为“噪声对策的基础”。
在这里使用简单的四元件模型。
如果要进一步表达高频谐振时,可能需要更多的元件模型。
电容的频率特性探讨利用电容器来降低噪声时,充分了解电容器的特性是非常重要的。
右下图为电容器的阻抗和频率之间的关系示意图,是电容器最基础的特性之一。
电容器中不仅存在电容量C,还存在电阻分量ESR(等效串联电阻)、电感分量ESL(等效串联电感)、与电容并联存在的EPR(等效并联电阻)。
EPR与电极间的绝缘电阻IR或电极间有漏电流的具有相同的意义。
可能一般多使用“IR”。
C和ESL形成串联谐振电路,电容器的阻抗原则上呈上图所示的V字型频率特性。
到谐振频率之前呈容性特性,阻抗下降。
谐振频率的阻抗取决于ESR。
过了谐振频率之后,阻抗特性变为感性,阻抗随着频率升高而升高。
感性阻抗特性取决于ESL。
谐振频率可通过以下公式计算。
从该公式可以看出,容值越小、ESL越低的电容器,谐振频率越高。
如果将其应用于噪声消除,则容值越小、ESL越低的电容器,频率越高,阻抗越低,因此可以很好地消除高频噪声。
虽然这里说明的顺序有些前后颠倒,不过使用电容器降低噪声的对策,是利用了电容器“交流通过时频率越高越容易通过”这个基本特性,将不需要的噪声(交流分量)经由信号、电源线旁路到GND等。
下图为不同容值的电容器的阻抗频率特性。
在容性区域,容值越大,阻抗越低。
另外,容值越小,谐振频率越高,在感性区域阻抗越低。
下面总结一下电容器阻抗的频率特性。
容值和ESL越小,谐振频率越高,高频区域的阻抗越低。
容值越大,容性区域的阻抗越低。
ESR越小,谐振频率的阻抗越低。
ESL越小,感性区域的阻抗越低。
简单来说,阻抗低的电容器具有出色的噪声消除能力,不同的电容器其阻抗的频率特性也不同,所以这一特性是非常重要的确认要点。
开关电源变压器异响的处理流程
开关电源变压器异响的处理流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
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在处理开关电源变压器异响之前,首先需要进行一系列的初步检查工作。
开关电源噪音怎样处理——这篇两分钟小文档不看损失超大(民熔)
开关电源噪音干扰源有哪些开关电源中的噪声干扰源很多,干扰途径是多种多样的,影响较大的噪声干扰源可以归纳为以下三种:(1)二极管的反向恢复时间引起的干扰。
(2)开关管工作时产生的谐波干扰功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流,在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。
(3)交流输入回路产生的干扰开关电源输入端整流管在反向恢复期间也会引起高频衰减振荡产生干扰。
一般整流电路后面总要接比较大的滤波电容,因而整流管的导通角较小,会引起很大的充电电流,使交流输入侧的交流电流发生畸变,影响了电网的供电质量。
另外,滤波电容的等效串联电感对产生干扰也有较大的影响。
所有这些干扰按传播途径可以分为传导干扰和辐射干扰两类。
开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量通过开关电源输入输出线传播出去形成的干扰称为传导干扰。
谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,在空间产生电场和磁场,这些通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
正因为开关电源本身就是一个强干扰源、所以除了电路上采取措施抑制其电磁干扰产生外,还应对开关电源进行有效的电磁屏蔽,滤波以及接地。
3开关电源噪声的抑制方法形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备,因而,抑制电磁干扰也应该从这三个方面着手。
首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,降低其对噪声的敏感度。
第三点不是本文讨论的范围。
采用功率因数校正(PFC)技术和软开关功率变换技术能大大降低噪声幅度。
c. 输出整流二极管采用多个二极管并联来分担负载电流、选择具有反向恢复电流呈软特性的整流二极管、适当降低开关管的开通速率、减小高频变压器的漏感并确保它不饱和等都是抑制噪声的有效手段。
(1)电路上的措施开关电源产生电磁干扰的主要原因是电压和电流的急剧变化,因此需要尽可能地降低电路中的电压和电流的变化率(du/dt、di/dt)。
开关电源中干扰噪声引起的纹波问题的解决
开关电源中干扰噪声引起的纹波问题的解决最近遇到一个电源干扰噪声引起的输出纹波问题,输出波形表现为变压器次级输出的电压波形,开关噪声出现的频率为fs,2fs,0.5fs,显然是开关噪声被传到了次级。
噪声的幅度有1Vpp,经过pi滤波之后仍然有300mVpp。
一开始我直接使用每个人都会想到的改善滤波参数的方法,增加pi滤波的滤波电容以及滤波电感,但是收效甚微。
由于知道是干扰噪声,我再次尝试在变压器次级并上一个小的瓷片电容680pf滤出干扰,然后再pi滤波,这样情况有所改善,干扰被瓷片吸收了很大一部分,反馈主路输出噪声pp值为80mVpp左右,似乎问题解决了,但是瓷片由于吸收了过多的噪声,产生了很尖锐的音频噪声。
测量开关的最小占空比在0.2左右,应该不会引起过大的振荡或不稳定。
看来光靠吸收是很难达到要求的了。
于是决定从源头出发,首先是要观察pwm控制的驱动信号,但是由于使用top244整合mos管,无法测量mos栅极波形,但是测量DS波形,观察开关波形,发现开关打开和关断并没有太大的延时,而且边沿没有高频振荡尖峰。
接下来只有怀疑loop不稳定了,我采用的是齐纳二极管稳压方式。
首先我假设loop存在不稳定,于是我用调压器改变输入电压,观察输出波形,电压还是比较稳的。
当我把控制芯片端光耦的集电极的电阻100换成磁珠B62后,发现这次音频干扰变得很小,在最小输入42vac时也基本上没有听到了,这给了我信心!既然知道是loop的问题,我就怀疑是loop的频带太窄了,按照pi的设计,我改变芯片control端并的“47uF串6.8欧姆”电路参数,这给loop提供补偿一个零点和极点,加大6.8欧姆的阻值,可以把零点带到更低的频率,从而提高频带范围。
于是我把6.8欧姆改到20欧姆,再次试验发现输出pp值在30mVpp 左右!音频干扰也很小!总结:到现在为止我意识到的减小干扰,提高纹波性能的方法:1.pi滤波,需要合适的参数;2.变压器输出并瓷片电容吸收高频干扰,但是吸收的量不能太大,不然瓷片会产生压电效应,影响音频干扰;3.在变压器输出,整流二极管前串一个非晶磁珠,非晶对干扰吸收非常有效,但是在小电流时效果没有大电流明显;4.在环路loop的输入或输出串小型磁珠,吸收高频噪声,减小高频噪声被loop 放大的量,从而避免噪声振荡放大。
开关电源噪声源和减小开关电源噪声具体措施
本文对开关电源的差模噪声、共膜噪声产生的原因及噪声流程模板的路径进行分析,并针对性提出减小开关电源噪声的具体措施供大家参考。
噪声源噪声源指造成模块EMI 的源头。
开关电源产品中主要有DC/DC开关管、PFC开关管、辅助电源开关管以及一些功率磁性元件、单片机晶振(主要影响引出的信号线)。
根据以往的经验,最厉害的噪声一般来自DC-DC副边的整流和续流二极管。
噪声的流动在模块内部及外部都是系统的,须要综合原副边、各个隔离的单元电路、周围环境等综合分析,分析噪声的流动不能仅仅把眼光集中在片面的小范围内。
这一点一定要牢记:要从系统的角度全面地分析。
噪声分类噪声通常分为差模噪声和共模噪声,具体如下:1、差模噪声源差模噪声主要由较大的di/dt造成的,如大电流开关回路大电流快速切换时,桥式整流电路充电截止时等。
大电流切换往往伴随较大的电压尖峰(不仅仅指开关管两端的,还包括一段走线两端的),该电压尖峰是差模噪声大小的直接表现形式,电压尖峰越大则一般差模噪声越大。
减小差模噪声的主要方向有:①减小引线、走线的寄生电感以减小大电流切换时的感应噪声电压;②减慢开关管切换的速度;③在合适的位置(如一段走线的两侧)加上去耦电容等;2、共模噪声源共模噪声主要由较大的dv/dt形成的,由于工作信号的铜皮不可避免的与保护地(如机壳或者一块铜皮)存在分布电容,当工作信号的一块面积(铜皮、器件体等)存在较大的电压波动(如开关切换)时就会在保护地上感应出相同频率的电流,从而形成共模噪声。
减小共模噪声的主要方向有:①减小分布电容(减小面积或者增大距离);②减慢开关的速度,减小dv/dt;3、差模与共模噪声的相互转换在一定条件下差模噪声和共模噪声会互相转换。
共模滤波回路的阻抗不对称(Y电容不对称或者两根功率线上的感抗不相同)将会使共模噪声转换成差模噪声;差模滤波回路相对的不平衡也会导致差模噪声转换成共模噪声。
因此,在原理图设计和PCB 设计时就应该尽可能保持滤波回路尤其是输入、输出滤波器的对称性,以避免各种噪声互相转换,尽量使噪声简单、单一。
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关于开关电源音频噪声处理的一点经验
最近看到论坛很多人在问关于音频噪声的问题,刚好本人以前也有碰到不少同样的情况,也有做过笔记,现在翻出来整理下,希望对一些碰到该问题网友有帮助。
音频噪声一般指开关电源自身在工作的过程中产生的,能被人耳听到频率为20-20kHz的音频信号
主要有以下几种来源:
一:变压器产生的音频噪声
变压器是主要的音频噪声源。
1:磁致伸缩效应,磁芯材料的尺寸随磁通密度变化
3:磁芯中间存在的气隙,可使磁芯吸引力方向产生弯曲。
2:线圈移动,绕组间存在交变电流效应,产生吸引力和排斥力,使线圈反复移动
4:磁芯两部分在交流磁场中的相互吸引力使其产生移动,反复压迫接触面
5:骨架移动,磁芯片的位移可通过骨架传送和放大。
在以上几种移动源共同作用下,形成了比较复杂的机械系统,它能产生在人耳听力范围内的音频信号。
以下简单讲解能有效衰减各种机制产生的音频噪声的常见方法。
首先变压器要采用均匀浸渍,从而能有效填充线圈与线圈之间、线圈与骨架之间、骨架与磁芯之间的固有空隙,降低活动部件发生位移的可能性,必要时可以再磁性元件与线路板接触面填充白胶或喷涂三防漆,进一步减小机械振动的空间,有效降低噪声。
在条件允许的情况下尽量降低峰值磁通密度,要充分考虑高温时的饱和磁通密度,留足够余量防止工作曲线进入非线性区,可以有效降低变压器的音频噪声,有实验证明峰值磁通密度从3000高斯降为2000高斯即可将发出的噪音降低5dB到
15dB
条件允许可以使用非晶、超微晶合金等软磁材料,它们的磁均匀一致性远比一般铁氧体好得多,磁致伸缩效应趋于零,因此对应力不敏感
二:电容产生的音频噪声
通常为了抑制电磁干扰和减小器件电压应力,开关电源一般采用RC、RCD
等吸收电路,吸收电容常常选用高压陶瓷电容,而高压陶瓷电容是由非线性电介质钛酸钡等材料制成,电致伸缩效应比较明显,在周期性尖峰电压的作用下,电介质不断发生形变从而产生音频噪声。
解决的方法是把吸收回路用的高压陶瓷电容换成电致伸缩效应很小的聚脂薄膜
电容,这样可以基本消除电容产生的噪声。
三:电路振荡产生的音频噪声
当电源在工作过程中有问歇式振荡产生时,会引起线圈磁芯间歇式振动,当此振荡频率接近绕变压器的固有振荡频率时,易引发共振现象,此时将产生人耳所能听到的音频噪声。
电路振荡产生的原因有很多,下面简单讲解:
1:PCB设计不当
A)功率大电流地线与控制回路地线共用同一走线,由于PCB覆铜线并非理想导体,它总是可以等效成电感或电阻,当功率电流流过了和信号控制回路共用的PCB线,在PCB上产生电压降落,特别是采用多点接地时,由于控制电路各节点分散在不同位置,功率电流引起的电压降对控制电路叠加了扰动,使电路发出噪音,这问题通常采用单点接地可以得到改善
B)芯片VCC电源走线过长、或离高dt/di大电流走线过近而受到干扰,这问题一般可通过在靠近芯片VCC引脚加个104瓷片去耦电容器得到改善
关于PCB走线的一些需要注意的地方总结:
信号线必须尽可能地短,并且远离MOS管漏极走线以防止噪声耦合,信号地独立布线,尽可能与功率地分离. 光耦地,Vcc地,Y电容地分开,反馈脚电容尽可能靠近IC.。
将电源和地平行布置。
将敏感及高频的走线尽量远离高扰的电源走线。
加宽电源和地的走线来减小电源线和地线之间的阻抗。
最小化由漏极、箝位和变压器构成的环路区域
最小化由次级绕组、输出二极管和输出滤波电容构成的环路区
域增加走线之间的距离来减小电容耦合的串扰。
2:反馈设计不当
比如带宽设置过宽、相位余量不足,解决的方法可以试着把带宽压一压,有些设计为了提高瞬态响应,带宽过宽对高频干扰的印制就会减弱,盲目提高带宽是不可取的。
四:阶跃负载产生的音频噪声
有些开关电源在全程变换负载测试时会产生音频噪声。
例如通信行业在开关电源的测试标准中,动态负载被定义为周期1 ms、斜率0.1 A/s,按照25%-50%—_25%和75%—_50%一75%两种变化规律的阶跃负载,以正激变换器为例,输出电感的电流由输出脉动电流和阶跃电流两部分组成,脉动电流的频率和开天电源的工作频率相同,一般不会产生音频噪声,而阶跃电流的周期和给定阶跃负载的周期一致,当输出电容比较小,阶跃电流dt/di变化率过高,这时也会产生音频噪声解决的方法是增加输出电容,由于电源内部体积的限制,输出电容一般也不可能很大,这时也可以试着延缓环路的反应时间,相应也就减小了电流变化率,从而起到一定的抑制的作用。
但需要注意的是,延缓环路的反应时间会使输出电压的过冲或跌落会大很多,这也是一个需要折中考虑的问题。
以上是个人的一点经验,不对的地方请大家批评指正,也希望有这方面经验的高人给予补充,谢谢。