減少開關電源的紋波和雜訊電壓的措施

2021-08-10 20:57:38 字數 3267 閱讀 5749

一、紋波和雜訊產生的原因:

開關電源輸出的不是純正的直流電壓,裡面有些交流成分,這就是紋波和雜訊造成的。紋波是輸出直流電壓的波動,與開關電源的開關動作有關。每乙個開、關過程,電能從輸入端被「幫浦到」輸出端,形成乙個充電和放電的過程,從而造成輸出電壓的波動,波動頻率與開關的頻率相同。紋波電壓是紋波的波峰與波谷之間的峰峰值,其大小與開關電源的輸入電容和輸出電容的容量及品質有關。

雜訊的產生原因有兩種,一種是開關電源自身產生的;另一種是外界電磁場的干擾(emi),它能通過輻射進入開關電源或者通過電源線輸入開關電源。開關電源自身產生的雜訊是一種高頻的脈衝串,由發生在開關導通與截止瞬間產生的尖脈衝所造成,也稱為開關雜訊。雜訊脈衝串的頻率比開關頻率高得多,雜訊電壓是其峰峰值。雜訊電壓的振幅很大程度上與開關電源的拓撲、電路中的寄生狀態及pcb的設計有關。

二、減小紋波和雜訊電壓的措施:

開關電源或模組的輸出紋波和雜訊電壓的大小與其電源的拓撲,各部分電路的設計及pcb設計有關。例如,採用多相輸出結構,可有效地降低紋波輸出。現在的開關電源的開關頻率越來越高;低的是幾十khz,一般是幾百khz,而高的可達1mhz以上。因此產生的紋波電壓及雜訊電壓的頻率都很高,要減小紋波和雜訊最簡單的辦法是在電源電路中加無源低通濾波器。

1、減少emi的措施

可以採用金屬外殼做遮蔽減小外界電磁場輻射干擾。為減少從電源線輸入的電磁干擾,在電源輸入端加emi濾波器

2 、在輸出端採用高頻效能好、esr低的電容

採用高分子聚合物固態電解質的鋁或鉭電解電容作輸出電容是最佳的,其特點是尺寸小而電容量大,高頻下esr阻抗低,允許紋波電流大。它最適用於高效率、低電壓、大電流降壓式dc/dc轉換器及dc/dc模組電源作輸出電容。(普通鋁電解電容工作於10khz左右,無法在高頻(100khz以上的頻率)下工作,再增加電容量也無效,因為超過10khz時,它已成電感特性了。)某些開關頻率在100khz到幾百khz之間的電源,採用多層陶電容(mlcc)或鉭電解電容作輸出電容的效果也不錯,其價位要比高分子聚合物固態電解質電容要低得多。

3 、採用與產品系統的頻率同步

為減小輸出雜訊,電源的開關頻率應與系統中的頻率同步,即開關電源採用外同步輸入系統的頻率,使開關的頻率與系統的頻率相同。 4、避免多個模組電源之間相互干擾

在同一塊pcb上可能有多個模組電源一起工作。若模組電源是不遮蔽的、並且靠的很近,則可能相互干擾使輸出雜訊電壓增加。為避免這種相互干擾可採用遮蔽措施或將其適當遠離,減少其相互影響的干擾。

4、增加lc濾波器

為減小模組電源的紋波和雜訊,可以在dc/dc模組的輸入和輸出端加lc濾波器,要注意的是,電容量不能過大而造起動問題,lc的諧振頻率必須與開關頻率要錯開以避免相互干擾,l採用μh極的,其直流電阻要低,以免影響輸出電壓精度。

5、增加ldo

在開關電源或模組電源輸出後再加乙個低壓差線性穩壓器(ldo)能大幅度地降低輸出雜訊,以滿足對雜訊特別有要求的電路需要

6、增加有源emi濾波器及有源輸出紋波衰減器

有源emi濾波器可在150khz~30mhz間衰減共模和差模雜訊,並且對衰減低頻雜訊特別有效。在250khz時,可衰減60db共模雜訊及80db差模雜訊,在滿載時效率可達99%。輸出紋波衰減器可在1~500khz範圍內減低電源輸出紋波和雜訊30db以上,並且能改善動態響應及減小輸出電容。

三、無源低通濾波器

電容濾波、電感濾波、rc濾波,c-r-c濾波(rc-π)、lc濾波、c-l-c濾波

電容濾波頻率:f=

1/c

rc濾波截至頻率:w3

db=1

/(rc

) lc濾波截至諧振頻率:wo

=1/(

sqrt

(lc)

) 當w小於wo,增益為1,訊號通過,當大於是增益小於1,訊號衰減。

lc&rc

1、lc濾波主要是電感的電阻小,直流損耗小。對交流電的感抗大,濾波效果好。缺點是體積大,笨重。成本高。用在要求高的電源電路中。

2、rc濾波中的電阻要消耗一部分直流電壓,r不能取得很大,用在電流小要求不高的電路中。rc體積小,成本低。濾波效果不如lc電路。

3、lc濾波一般用在高頻電路或電源電路上中 而rc用在低頻電路中,lc濾波器應用的頻率範圍為1khz~1.5ghz.由於受限於其中電感的q值,頻率響應的截至區不夠陡峭。

4、濾波級數越多效果也好,但是帶來的是損耗和成本越高,所以不建議超過3級。

5, rc濾波器一般常與運算放大器組合使用,構成有源濾波器,多作為低頻訊號的濾波。例如,在鎖相環路中作為環路濾波器使用

6、 多節π形rc濾波電路

多節π形rc濾波電路就是在普通π形rc濾波電路後面再接乙個l形rc濾波電路形成多節π形rc濾波電路。其濾波原理和上面普通π形rc濾波電路一樣,只是這種濾波電路會有多個直流電壓輸出端,越是後面的輸出端的直流電壓濾波效果越好。第乙個濾波輸出端電壓最高,最後乙個濾波輸出端電壓最低,這主要是因為各節電阻器都有電壓降。多節π形rc濾波電路是整機電路中用得最多一種濾波電路。

7、π形lc濾波電路

這種濾波電路與普通π形rc濾波電路在結構上基本上是一樣的,只是將電阻器更換成電感器而已。因為電阻器對直流電和交流電存在相同的電阻,而電感器對交流電感抗大,對直流電感抗小,這樣既可以提高交流濾波效果,還不會降低直流輸出電壓,因為電感器對直流電不存在感抗,不會像電阻器那樣對直流電也存在電壓降。電感器的通直阻交特性是這種濾波電路的最大優點,但是電感器的成本高所以這種濾波電路沒有π形rc濾波電路使用得多。

8、電感磁珠

電感多用於電源濾波迴路,磁珠多用於訊號迴路,用於emc對策磁珠主要用於抑制電磁輻射干擾,而電感用於這方面則側重於抑制傳導性干擾。兩者都可用於處理emc、emi問題。磁珠是用來吸收超高頻訊號,象一些rf電路,pll,振盪電路,含超高頻儲存器電路(ddr sdram,rambus等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在lc振盪電路,中低頻的濾波電路等,其應用頻率範圍很少超過錯50mhz。地的連線一般用電感,電源的連線也用電感,而對訊號線則採用磁珠。

emi的兩個途徑,即:輻射和傳導,不同的途徑採用不同的抑制方法。前者用磁珠,後者用電感。對於扳子的io部分,是不是基於emc的目的可以用電感將io部分和扳子的地進行隔離,比如將usb的地和扳子的地用10uh的電感隔離可以防止插拔的雜訊干擾地平面?電感一般用於電路的匹配和訊號質量的控制上。在模擬地和數字地結合的地方用磁珠。在模擬地和數字地結合的地方用磁珠。數字地和模擬地之間的磁珠用多大,磁珠的大小(確切的說應該是磁珠的特性曲線),取決於你需要磁珠吸收的干擾波的頻率,為什麼磁珠的單位和電阻是一樣的呢??都是歐姆!!磁珠就是阻高頻嘛,對直流電阻低,對高頻電阻高,不就好理解了嗎, 比如1000r@100mhz就是說對100m頻率的訊號有1000歐姆的電阻,因為磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。

及時輸出 如何降低開關電源輸出紋波和雜訊

紋波主要在五個方面 輸入低頻紋波 高頻紋波 寄生引數引起的共模紋波雜訊 功率器件開關過程中產生的超高頻諧振雜訊和閉環調節控制引起的紋波雜訊。1 低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關。電容的容量不可能無限制地增加,導致輸出低頻紋波的殘留。交流紋經dc dc變換器衰減後,在開關電源輸出端表現為低頻雜訊...

開關電源紋波的產生 測量和抑制

一 產生分析 1 隨著switch 的開關,電感l 中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動的。所以在輸出端也會出現乙個與switch 同頻率的紋波,一般所說的紋波就是指這個。它與輸出電容的容量和esr 有關係。這個紋波的頻率與開關電源相同,為幾十到幾百khz。2 另外,switch 一般選用雙極性電...

開關電源紋波的產生 測量和抑制

一 產生分析 1 隨著switch 的開關,電感l 中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動的。所以在輸出端也會出現乙個與switch 同頻率的紋波,一般所說的紋波就是指這個。它與輸出電容的容量和esr 有關係。這個紋波的頻率與開關電源相同,為幾十到幾百khz。2 另外,switch 一般選用雙極性電...