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什么是電源紋波,它是如何產生的呢?

時間:2025-01-22 14:35:27來源:21ic電子網

導語:?因為電源的反饋端加入了前饋電容,所以與反饋電阻形成新的零點和極點,雖然Cff在其零點頻率之后引入了增益提升,此處涉及較深的控制理論,不再展開敘述。輸出的高頻信號可快速地通過電容到達芯片的FB管腳,使得電源芯片快速響應后級負載的變化。

  因為電源的反饋端加入了前饋電容,所以與反饋電阻形成新的零點和極點,雖然Cff在其零點頻率之后引入了增益提升,此處涉及較深的控制理論,不再展開敘述。輸出的高頻信號可快速地通過電容到達芯片的FB管腳,使得電源芯片快速響應后級負載的變化。

  COT架構跟傳統的固定頻率控制方式相比具有更快的動態響應,在低占空比應用時這種優勢會更明顯。當負載突變時,輸出電壓下降,當低于參考電壓時會立即打開高側開關,而不像固定頻率控制中必須接收外部時鐘信號的觸發才開啟高側開關,在TON階段電感電流上升,如果反饋電壓仍低于參考電壓,會在一個最小關斷時間后再次啟動新的TON,高側開關會重復這種連續開啟直到輸出電壓和電感電流都達到預期值,這也是COT快速動態響應的來源,通過改變開關頻率來影響占空比并達到穩定輸出的效果。例如:MPS公司的芯片MPQ8633A、MPQ8633B等

  DCDC輸出紋波大小是電源平面系統性的問題,在絕大多數情況下通過以上措施理論上可以減小輸出的紋波,但是也要注意PCB的布局與布線,比如:功率環路盡量小,反饋走線盡量短且遠離其他干擾信號線等。隨著開關電源的發展,越來越多的傳統線性電源被其優越的性能替代,然而開關電源的輸出紋波一直是令工程師頭疼的問題,那么什么是電源紋波,它又是如何產生的呢?我們知道,開關電源輸出的直流電壓是由交流電壓經整流、濾波、穩壓后得到的。由于電路中濾波電路設計不盡合理,直流電平之上就會附著包含周期且隨機的雜波,這就產生了紋波。在額定輸出電壓、電流的情況下,輸出直流電壓中的交流電壓的峰值就是通常所說的紋波電壓。簡單來說,紋波就是疊加在穩定直流輸出上的交流成分。

  測試電源紋波及抑制電源紋波的方法

  開關電源中攜帶的紋波會在降低電源的使用效率,較高的紋波還可能會產生浪涌電壓或電流,并且在數字電路中紋波還會干擾電路邏輯電平關系,是百害無一利的;在開關電源的設計的過程中,我們不僅需要正確地測量紋波,并且要盡可能將紋波降低。

  測量紋波的正確方法,通常需要以下幾個步驟:

  1. 首先探頭要選擇合適的檔位,普通情況下建議使用X1檔,避免不必要的噪聲衰減影響紋波的測量;

  2. 選擇通道耦合方式為AC耦合,限制直流信號的輸入;

  3. 打開示波器的“帶寬限制”功能,選擇“20MHz”帶寬限制,將不必要的高頻噪聲濾除;

  4. 為避免電磁輻射等對信號的干擾,在測量時建議使用“接地彈簧”接地,避免長接地線帶來的不必要干擾;

  5. 調整水平時基,垂直檔位及偏移,使紋波信號在屏幕的中央顯示(圖2藍框內所示為示波器紋波測試結果)。

  1、低頻紋波噪聲

  主要是由于開關管開關狀態的快速變化導致的。在開關管導通和關斷過程中,電流和電壓的快速變化會產生低頻紋波噪聲。這種噪聲通常具有較低的頻率,但可能對電路性能產生較大影響。

  抑制方法:

  ①加大輸出低頻濾波的電感和電容參數,使其降低到所需的指標;

  ②采取前反饋控制方法,降低低頻紋波分量。

  2、高頻紋波噪聲

  主要是由于開關電源內部電路中的元件參數不匹配或寄生效應導致的。例如,電容器的寄生電感、電阻器的寄生電容等都會產生高頻紋波噪聲。這種噪聲通常具有較高的頻率,但幅度相對較小。

  抑制方法:

  ①采用多級濾波;

  ②加大輸出高頻濾波器,可抑制輸出高頻紋波;

  ③提高開關電源工作頻率,以此提高高頻紋波頻率。

  3、共模紋波噪聲

  是由于開關電源內部電路中的元件之間存在電位差而產生的。當開關電源工作在高頻時,電位差會導致電流在元件之間流動,從而產生共模紋波噪聲。這種噪聲對電路性能和穩定性產生較大影響,需要采取措施進行抑制。

  抑制方法:

  ①采取專門設計的EMI濾波器;

  ②降低開關刺幅度。

  4、超高頻諧振噪聲

  是由于開關電源內部電路中的元件之間存在諧振效應而產生的。當開關電源工作在高頻時,元件之間的諧振效應會導致電流和電壓的波動,從而產生超高頻諧振噪聲。這種噪聲對電路性能和穩定性產生較大影響,需要采取措施進行抑制。

  抑制方法:

  ①采用軟恢復特性二極管;

  ②使用結電容小的開關管;

  ③減少布線長度。

  5、閉環調節控制引起的紋波噪聲

  閉環調節控制是開關電源中常用的控制方法之一。然而,閉環調節控制可能會導致開關電源內部電路中的元件參數發生變化,從而產生紋波噪聲。這種噪聲通常具有較低的頻率,但可能對電路性能產生較大影響。

  抑制方法:

  ①在調節器輸出增加對地的補償網絡,這是因為該補償可以抑制調節器自激引起的紋波增大問題;

  ②合理選擇閉環調節器的開環放大倍數和參數,最好根據負載狀況調節;

  ③在反饋通道中不增加純滯后濾波環節,這樣做的好處是可以使延時滯后降到最低,以此增加閉環調節的快速性和及時性,對抑制輸出電壓紋波是有益的。


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