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開關(guān)電源紋波的抑制

對于開關(guān)紋波,理論上和實(shí)際上都是一定存在的。通常抑制或減少它的做法有三種:

1.加大電感和輸出電容濾波

    根據(jù)開關(guān)電源的公式,電感內(nèi)電流波動大小和電感值成反比,輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。

    上圖是開關(guān)電源電感L內(nèi)的電流波形,其紋波電流△I可由下式算出。根據(jù)伏秒平衡等可以看出,增加電感L值,或者提高開關(guān)頻率可以減小電感內(nèi)的電流波動。同樣,輸出紋波與輸出電容的關(guān)系:vripple=Imax/(Co×f)。  可以看出,加大輸出電容值可以減小紋波。

    通常的做法,對于輸出電容,使用鋁電解電容以達(dá)到大容量的目的。但是電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好,而且ESR也比較大,所以會在它旁邊并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容,來彌補(bǔ)鋁電解電容的不足。

    同時(shí),開關(guān)電源工作時(shí),輸入端的電壓Vin不變,但是電流是隨開關(guān)變化的。這時(shí)輸入電源不會很好地提供電流,通常在靠近電流輸入端(以Buck型為例,是Switch附近),并聯(lián)電容來提供電流。

    應(yīng)用該對策后,BUCK型開關(guān)電源如下圖所示:

    上面這種做法對減小紋波的作用是有限的。因?yàn)轶w積限制,電感不會做的很大;輸出電容增加到一定程度,對減小紋波就沒有明顯的效果了;增加開關(guān)頻率,又會增加開關(guān)損失。所以在要求比較嚴(yán)格時(shí),這種方法并不是很好。

2.二級濾波,就是再加一級LC濾波器

     LC濾波器對噪紋波的抑制作用比較明顯,根據(jù)要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構(gòu)成濾波電路,一般能夠很好的減小紋波。但是,這種情況下需要考慮反饋比較電壓的采樣點(diǎn)。(如下圖所示)

     采樣點(diǎn)選在LC濾波器之前(Pa),輸出電壓會降低。因?yàn)槿魏坞姼卸加幸粋€(gè)直流電阻,當(dāng)有電流輸出時(shí),在電感上會有壓降產(chǎn)生,導(dǎo)致電源的輸出電壓降低。而且這個(gè)壓降是隨輸出電流變化的。采樣點(diǎn)選在LC濾波器之后(Pb),這樣輸出電壓就是我們所希望得到的電壓。但是這樣在電源系統(tǒng)內(nèi)部引入了一個(gè)電感和一個(gè)電容,有可能會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3.開關(guān)電源輸出之后,接LDO濾波

    這是減少紋波和噪聲最有效的辦法,輸出電壓恒定,不需要改變原有的反饋系統(tǒng),但也是成本最高,功耗最高的辦法。任何一款LDO都有一項(xiàng)指標(biāo):噪音抑制比。經(jīng)過LDO之后,開關(guān)紋波一般在10mV以下。

    最后,對減小紋波。開關(guān)電源的PCB布線也非常關(guān)鍵,這是個(gè)很重要的問題。對于高頻噪聲,由于頻率高幅值較大,后級濾波雖然有一定作用,但效果不明顯。

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  • 星球居民-bLjBdZsb 2022-09-26 23:25
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