如何降低電源紋波

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1、如何降低電源紋波噪聲的分析與應(yīng)用2009中國(guó)電源工程師深圳技術(shù)交流會(huì)一.什么是紋波?二.紋波的表示方法;三.紋波的測(cè)試方法;四.開關(guān)電源紋波的主要分類及抑制方法講解;五、結(jié)語(yǔ)及附注如何降低電源紋波噪聲的分析與應(yīng)用一、什么叫紋波？紋波(ripple)的定義是指在直流電壓或電流中,疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量。它主要有以下害處：1.1．容易在用電器上產(chǎn)生諧波，而諧波會(huì)產(chǎn)生更多的危害；1.2．降低了電源的效率；1.3．較強(qiáng)的紋波會(huì)造成浪涌電壓或電流的產(chǎn)生，導(dǎo)致燒毀用電器；1.4．會(huì)干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系，影響其正

2、常工作；1.5．會(huì)帶來(lái)噪音干擾，使圖像設(shè)備、音響設(shè)備不能正常工作。如何降低電源紋波噪聲的分析與應(yīng)用--什么叫紋波?二、紋波的表示方法可以用有效值或峰值來(lái)表示，或者用絕對(duì)量、相對(duì)量來(lái)表示；單位通常為：mV例如：一個(gè)電源工作在穩(wěn)壓狀態(tài),其輸出為12V5A，測(cè)得紋波的有效值為10mV，這10mV就是紋波的絕對(duì)量，而相對(duì)量即紋波系數(shù)=紋波電壓/輸出電壓=10mv/12V=0.12%。如何降低電源紋波噪聲的分析與應(yīng)用--紋波表示方法三、紋波的測(cè)試方法3.1．以20M示波器帶寬為限制標(biāo)準(zhǔn)，電壓設(shè)為PK-PK(也有測(cè)有效值

3、的)，去除示波器控頭上的夾子與地線(因?yàn)檫@個(gè)本身的夾子與地線會(huì)形成環(huán)路，像一個(gè)天線接收雜訊，引入一些不必要的雜訊)，使用接地環(huán)（不使用接地環(huán)也可以，不過(guò)要考慮其產(chǎn)生的誤差），在探頭上并聯(lián)一個(gè)10UF電解電容與一個(gè)0.1UF瓷片電容，用示波器的探針直接進(jìn)行測(cè)試；如果示波器探頭不是直接接觸輸出點(diǎn)，應(yīng)該用雙絞線，或者50Ω同軸電纜方式測(cè)量。如何降低電源紋波噪聲的分析與應(yīng)用--紋波測(cè)試方法四、開關(guān)電源紋波的主要分類開關(guān)電源輸出紋波主要來(lái)源于五個(gè)方面：4.1.輸入低頻紋波;4.2.高頻紋波;4.3.寄生參數(shù)引起的共模紋

4、波噪聲;4.4.功率器件開關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲;4.5.閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。開關(guān)電源紋波的主要分類4.1、輸入低頻紋波:低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關(guān)。電容的容量不可能無(wú)限制地增加，導(dǎo)致輸出低頻紋波的殘留。交流紋波經(jīng)DC/DC變換器衰減后，在開關(guān)電源輸出端表現(xiàn)為低頻噪聲，其大小由DC/DC變換器的變比和控制系統(tǒng)的增益決定。電流型控制DC/DC變換器的紋波抑制比電壓型稍有提高。但其輸出端的低頻交流紋波仍較大。要實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的低紋波輸出，必須對(duì)低頻電源紋波采取濾波措施?？刹捎们凹?jí)預(yù)穩(wěn)壓和增

5、大DC/DC變換器閉環(huán)增益來(lái)消除。紋波的主要分類--輸入低頻紋波低頻紋波抑制的幾種常用的方法:a、加大輸出低頻濾波的電感，電容參數(shù)。電容上的紋波有兩個(gè)成分,一個(gè)是充放電時(shí)的電壓升降量，一個(gè)是電流進(jìn)出電容時(shí)ESR上的I*R電壓降量。通過(guò)輸出紋波與輸出電容的關(guān)系式：vripple=Imax/(Co×f)可以看出，加大輸出電容值可以減小紋波?；蛘呖紤]采用并聯(lián)的方式減小ESR值,或者使用LOWESR電容。b、采用前饋控制方法，降低低頻紋波分量。feedforwardcontrol(FFC)前饋控制是按照擾動(dòng)產(chǎn)生校正作

6、用的一種調(diào)節(jié)方式，主要用于一些純滯后或容量滯后較大的被控參數(shù)的控制。其目的是加速系統(tǒng)響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。紋波的主要分類--輸入低頻紋波4.2、高頻紋波:高頻紋波噪聲來(lái)源于高頻功率開關(guān)變換電路在電路中，通過(guò)功率器件對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行高頻開關(guān)變換后整流濾波再實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的，在其輸出端含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對(duì)外電路的影響大小主要和開關(guān)電源的變換頻率、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)；設(shè)計(jì)中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對(duì)高頻開關(guān)紋波的濾波要求。紋波的主要分類--高頻紋波高頻紋波抑制常用

7、的方法有以下幾種：a、提高開關(guān)電源工作頻率，以提高高頻紋波頻率，其紋波電流△I可由下式算出：可以看出，增加L值，或者提高開關(guān)頻率可以減小電感內(nèi)的電流波動(dòng)。b、加大輸出高頻濾波器，可以抑制輸出高頻紋波。c、采用多級(jí)濾波。一般濾波多采用C型、LC型、CLC型，為了更好的抑制紋波，可以采用增加多一級(jí)LC濾波。紋波的主要分類--高頻紋波4.3、寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲:由于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(dǎo)線存在寄生電感，減小與控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容，并將散熱器有效接地（根

8、據(jù)不同情況，可選擇通過(guò)電容接地，或電容串電阻接地），同時(shí)在輸出側(cè)加共模電感及電容，可減小輸出的共模紋波噪聲。因此當(dāng)矩形波電壓作用于功率器件時(shí)，開關(guān)電源的輸出端因此會(huì)產(chǎn)生共模紋波噪聲。減小與控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容，并在輸出側(cè)加共模抑制電感及電容，可減小輸出的共模紋波噪聲。紋波的主要分類--寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲紋波4.3.1減小輸出共模紋波噪聲的常用方法:a、輸入、輸出采用專門