开关电源纹波抑制
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开关电源的尖峰干扰及其抑制电源纹波会干扰电子设备的正常工作,引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障,给生产和科研酿成难以估量的损失,因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多,以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析,并总结出几种有效的抑制措施。
2滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
2.1电源进线端滤波器在电源进线端通常采用如图1所示电路。
该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
图中各元器件的作用:(1)L1,L2,C1用于滤除差模干扰信号。
L1,L2磁芯面积不宜太小,以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1为电源跨接电容,又称X电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF~0.47μF。
(2)L3,L4,C2,C3用于滤除共模干扰信号。
L3,L4要求圈数相同,一般取10,电感量2mH左右。
C2,C3为旁路电容,又称Y电容。
电容量要求2200pF左右。
电容量过大,影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4不起作用(见图2),但对于相线与地线间共模信号,呈现为一个大电感。
其等效电路如图3所示。
由等效电路知:令L1=L2=M=L,UN=RCI1同时RC RL,则:图1电源进线端滤波电路(1)一般ωL RL,则:。
式(1)表明,对共模信号Ug而言,共模电感呈现很大的阻抗。
2.2输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波,需加入二次LC滤波电路。
LC滤波电路中L值不宜过大,以免引起自激,电感线圈一般以1~2匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法,以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC前馈采样网络。
图2共模电感对差模信号不起作用如果加入滤波器后,效果仍不理想,则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
开关电源尖峰的抑制措施电源纹波会干扰电子设备的正常工作,引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障,给生产和科研酿成难以估量的损失,因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多,以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析,并总结出几种有效的抑制措施。
1 滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
1.1 电源进线端滤波器该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
各元器件的作用:(1)L1L2C1 用于滤除差模干扰信号。
L1L2 磁芯面积不宜太小,以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1 为电源跨接电容,又称X 电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF~0.47μF。
(2)L3,L4,C2,C3 用于滤除共模干扰信号。
L3,L4 要求圈数相同,一般取10,电感量2mH 左右。
C2,C3 为旁路电容,又称Y 电容。
电容量要求2200pF 左右。
电容量过大,影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4 不起作用,但对于相线与地线间共模信号,呈现为一个大电感。
一般wL >Rl,则:|UN/US|=0表明,对共模信号Ug 而言,共模电感呈现很大的阻抗。
1.2 输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC 滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波,需加入二次LC 滤波电路。
LC 滤波电路中L 值不宜过大,以免引起自激,电感线圈一般以1~2 匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法,以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC 前馈采样网络。
如果加入滤波器后,效果仍不理想,则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
因为地线分布电感对抑制纹波极为不利。
导线长度l,线径d 与其电感量的关系为:L(μH)=0.002l[ln(4l/d)-1](2)2 二极管反向恢复时间引起之尖峰及其抑制以单端反激电源为例(见图4)Us 为方波,幅值为Um。
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。
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。
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。
开关电源纹波抑制研究现作者:方宇杰苏秉华杭凌侠来源:《现代电子技术》2012年第10期摘要:提出开关电源纹波的定义,分析开关电源纹波产生的原因,并提出几种抑制纹波的方法。
最后针对一款特殊开关电源,论述了开关电源的输出稳定性问题。
该电源输出电流为10 A,输出电压为12 V,主要用于驱动半导体激光器。
为减小输出电流纹波,提高激光功率稳定性,研究分析了几种抑制纹波的方法,包括滤波法,多路叠加法等。
该电源的设计采用主、副电源的思路,从主电源采集纹波信号反馈给副电源的控制端,从而使主副电源输出叠加后保持较小的输出纹波。
通过实验验证该方法可以使纹波系数保持在1%,使得性能有所提高。
关键词:开关电源;纹波抑制;反馈控制;半导体激光器中图分类号:文献标识码:A 文章编号: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12 V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。
本文通过对比滤波法提出双路并联法,旨在大电流情况下进一步减小电流输出纹波。
1 纹波产生原因分析通常开关电源把电网提供的交流电经过整流滤波转变为直流电,开关管的高速开通和关断,就会引起输出电压的波动,在输出回路中的快恢复二极管和电感也会引起输出电压的波动。
这些高频低频的波动总和就形成了输出的纹波,包括电压纹波和电流纹波[1]。
开关电源中纹波的来源有很多原因,其中MOS管开通关断所产生的纹波是主要原因之一。
当开关管开通关断时都会有一个上升时间和下降时间,这时就会在电路中引起一个同频率的噪声。
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。
摘要:本文主要通过对开关直流电源纹波出现的原因进行了简要的论述,并通过分析其出现的原因来总结得出抑制纹波所需要采取的措施,从而使得开关直流电源的纹波能够得到合理的抑制,这样有助于保障开关直流电源能够有效的运行。
希望通过本文的探究,能够为相关的人员提供一定的借鉴和参考。
关键词:开关直流电源;纹波抑制;问题;措施开关电源主要是对电路电源进行控制,一般来说,开关电源的效率较高,输出的电压也可以进行有效的调节,并且也能够尽可能的降低损耗,在体积上也较小,自重较轻,由于开关电源有着的如此多的优点,使得其应用的范围相对较广。
但是开关电源中也存在着纹波的问题,采取有效的手段对纹波进行抑制,方能更好的保障电路运行的安全和稳定。
下面本文就主要针对开关直流电源的纹波抑制问题进行深入的探究。
1 开关电源纹波产生的原因开关电源主要的作用就是将电网电路中的电压整流有效的转化为直流电,在合理的利用高频开关的基础上,实现对直流电的逆向转换,使其形成交流电,然后再通过开关变压所具备的降压作用,来将高频二极管中的整流有效的转化为直流电并进行输出。
而在开关电源中,纹波的出现主要是受到了如下几种因素的影响:1.1 低频纹波一般来说,低频纹波主要是因为滤波电路中呈现出的电解电容量不足所导致的,开关电源本身的体积就相对较小,在这一因素的限制下,电解电容对的容量也就无法无限制的增加,其所能够容纳的容量也相对较小,这样就使得对低频纹波产生,而相较于其他的纹波形式来说,这种低频纹波会随着电流中纹波频率的整流变化而呈现出一定的变化。
1.2 高频纹波当开关电源的逆变桥开关管处于开关的状态时,要想使得高频开关所具有的变压器体积可以有效的缩减以及能够保障其标准的重量,就需要对开关管的开关转换频率进行有效的控制,如果开关转换的频率相对较高,那么尖峰电压过冲就会随之出现,这样也会产生一定的纹波,使得开关电源中所输出的电压也出现相应的纹波,从而纹波之间就会产生共模效应。
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,输出端也没有采用低阻抗的电容,而且两个模块离开实际的输出端子的距离又比较远时,则可能因为相互之间的干扰使输出噪声电压增加。
为避免这种相互干扰,可采用屏蔽措施,或将它们的安装位置适当远离,以减小相互之间的影响。
四、在开关电源适配器的输出端增加一级低压差线性稳压电路。
详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法
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。
关于开关电源输出纹波问题(样例5)第一篇:关于开关电源输出纹波问题•关于开关电源输出纹波问题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.开关电源都需对输出电压进行闭环控制,调节器参数设计的不适当也会引起纹波.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.在开关直流电源中,往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大.这部分纹波可通过以下方法进行抑制:a、在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.b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡或自激,使输出纹彼含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加.所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节.c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节.使延时滞后降到最小.以增加闭环调节的快速性和及时性,对抑制输出电压纹波是有益的.第二篇:开关电源纹波开关电源纹波开关电源(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。
电源纹波抑制电路
电源纹波抑制电路(Power Supply Ripple Rejection Circuit)是一种用于减小电源输出的纹波(Ripple)的电路。
在电源输出中,由于电源内部的短路电流脉冲和电源本身的非理想特性,会引入交流干扰信号,即纹波。
电子设备中的大部分电路都对电源的纹波很敏感,纹波会影响接收和放大信号的质量,因此需要使用电源纹波抑制电路来降低纹波的幅度。
电源纹波抑制电路通常由电容和电感等元件组成。
电容和电感可以形成一个LC滤波器,用于消除电源输出中的高频纹波。
电容器通过存储电荷来平滑纹波,而电感则通过储存磁能来减小纹波。
通过合理选择电容和电感的数值,可以使得纹波幅度降低到一个接受范围内。
除了LC滤波器,还可以使用稳压器来抑制纹波。
稳压器是一种电压稳定器,通过调整其输出电压,可以将电源输出中的纹波降低到接受范围内。
稳压器通常使用反馈电路来实现自动调整输出电压。
总之,电源纹波抑制电路是通过使用滤波器和稳压器等元件来减小电源输出中的纹波幅度,从而提高电子设备的电源质量。
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,但这个效果就没那么明显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。
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。
开关电源都需对输出电压进行闭环控制,调节器参数设计的不适当也会引起纹波。
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。
在开关直流电源中,往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大。
这部分纹波可通过以下方法进行抑制:
a、在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。
b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡或自激,使输出纹彼含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加.所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节。
c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节.使延时滞后降到最小.以增加闭环调节的快速性和及时性,对
抑制输出电压纹波是有益的。