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开关电源纹波抑制有几种方法

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 楼主| 发表于 2024-5-8 15:51 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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纹波,理论上和实际上都是一定存在的。通常抑制或减少它的做法有5种:
, A$ p4 m/ B  j) A, B3 y- K6 T, V7 ?3 [, F2 M4 w
1、加大电感和输出电容滤波2 J1 H7 j, M( o0 W+ F
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。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。
- u3 s. J! C1 r" p; x7 s* ?5 @5 }/ `7 w( X$ w* B9 R! a' G" p
同样,输出纹波与输出电容的关系:vripple=Imax/(Co×f)。 可以看出,加大输出电容值可以减小纹波。' v: Q( o; t$ N) `% ?4 N
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通常的做法,对于输出电容,使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好,而且ESR也比较大,所以会在它旁边并联一个陶瓷电容,来弥补铝电解电容的不足。
2 G* {, Y$ A( s" `3 g6 j
9 o# |, ?, M6 h9 r  [# V9 D/ W同时,开关电源工作时,输入端的电压Vin不变,但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流,通常在靠近电流输入端(以BucK型为例,是SWITcH附近),并联电容来提供电流。
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) ]4 F8 {) o+ }" {: F/ X, U4 G上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。因为体积限制,电感不会做的很大;输出电容增加到一定程度,对减小纹波就没有明显的效果了;增加开关频率,又会增加开关损失。所以在要求比较严格时,这种方法并不是很好。关于开关电源的原理等,可以参考各类开关电源设计手册。5 ~3 x; p) _! e, a6 E

* ?1 D! X$ N6 G6 q2 z; [2、二级滤波,就是再加一级LC滤波器
' X, u* z  O0 T6 [" k% u6 _, e3 ILC滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显,根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路,一般能够很好的减小纹波。
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2 P8 S6 ?: R, p& j采样点选在LC滤波器之前(Pa),输出电压会降低。因为任何电感都有一个直流电阻,当有电流输出时,在电感上会有压降产生,导致电源的输出电压降低。而且这个压降是随输出电流变化的。
2 T9 ~/ r  b; i  E2 \: t  B5 B. D3 j+ \; N5 p" R; G$ H5 x* n
采样点选在LC滤波器之后(Pb),这样输出电压就是我们所希望得到的电压。但是这样在电源系统内部引入了一个电感和一个电容,有可能会导致系统不稳定。关于系统稳定,很多资料有介绍,这里不详细写了。3 w5 G; Q  i) z$ P& F  p
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3、开关电源输出之后,接LDO滤波( I3 P1 y4 N5 e( q3 O  C. z# E- h
这是减少纹波和噪声最有效的办法,输出电压恒定,不需要改变原有的反馈系统,但也是成本最高,功耗最高的办法。 任何一款LDO都有一项指标:噪音抑制比。是一条频率-dB曲线,如右图是凌特公司LT3024的曲线。  V7 c& Z1 `5 _1 X
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对减小纹波。开关电源的PCB布线也非常关键,这是个很赫手的问题。有专门的开关电源PCB 工程师,对于高频噪声,由于频率高幅值较大,后级滤波虽然有一定作用,但效果不明显。这方面有专门的研究,简单的做法是在二极管上并电容C或RC,或串联电感。' t, d' N7 f( h( R/ v$ a

# z4 O6 U8 p6 o9 Z4、在二极管上并电容C或RC4 @- t, U( L# d6 x9 {
二极管高速导通截止时,要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间,等效电感和等效电容成为一个RC振荡器,产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡,需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻一般取10Ω-100 Ω,电容取4.7pF-2.2nF。
. o+ y, C* b. x9 o: q9 E! s3 Y' v( P
在二极管上并联的电容C或者RC,其取值要经过反复试验才能确定。如果选用不当,反而会造成更严重的振荡。
1 k6 X5 u8 P% i" F! P% W2 ^2 X( T& {4 X/ J% a
对高频噪声要求严格的话,可以采用软开关技术。关于软开关,有很多书专门介绍。
: A. P" x( ]! v6 g" h! |/ w# K# _' i. D6 [3 p
5、二极管后接电感(EMI滤波)
+ U4 e! s- S: Q0 H0 u* t5 y这也是常用的抑制高频噪声的方法。针对产生噪声的频率,选择合适的电感元件,同样能够有效地抑制噪声。需要注意的是,电感的额定电流要满足实际的要求。比较简单的做法,不再详细解释。: a3 z( Y3 u* E# z) k6 k) z2 E
- ]- t( G3 S/ b3 j
小结/ A3 j* k9 a$ [* Y2 C; \0 m4 T
以上是关于开关电源纹波,总结的一些内容,如果能加些波形就更好了。虽然可能不太全,但对一般的应用已经足够了。关于噪声抑制,实际中并不一定全部应用,重要的是根据自己的设计要求,比如产品体积,成本,开发周期等,选择合适的方法。& I: c" M, Y7 \  H  p

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