在應用電源模塊常見的問題中,降低負載端的紋波噪聲是大多數用戶都關心的。那么模塊的紋波噪聲該如何降低?普科科技從紋波噪聲的波形、測試方式、模塊設計及應用的角度出發,闡述幾種有效降低輸出紋波噪聲的方法。
紋波噪聲的常見測量工具是采用示波器+探頭的方式
紋波和噪聲即:直流電源輸出上疊加的與電源開關頻率同頻的波動為紋波,高頻雜音為噪聲。
紋波的產生是由開關傳遞斷續的能量引起的,從開關電源的內部設計來著手,可以提高開關管的頻率,使每次傳遞的能量減小從而減小紋波,也可以增大傳遞能量的電感值L,使電流的突變峰值降低,從而減小紋波的波動幅度。
從模塊外部,尤其是在客戶端,可以增加輸出濾波電容來減小紋波,但不能無限加大電容,因為大多數開關電源模塊有最大容性負載限制。
紋波噪聲的測試方法
對于中小微功率模塊電源的紋波噪聲測試,業內主要采用平行線測試法和靠接法兩種。其中,平行線測試法用于引腳間距相對較大的產品,靠測法用于模塊引腳間距小的產品。
但不管用平行線測試法還是靠測法,都需要限制示波器的帶寬為20MHz。
平行線測試法
注1:C1為高頻電容,容量為1μF;C2為鉭電容,容量為10μF。
注2:兩平行銅箔帶之間的距離為2.5mm,兩平行銅箔帶的電壓降之和應小于輸出電壓的2%
靠測法:去除地線夾測試的區別
測試紋波噪聲需要把地線夾去掉,主要是由于示波器的地線夾會吸收各種高頻噪聲,不能真實反映電源的輸出紋波噪聲,影響測量結果。
輸出濾波電容的影響:輸出濾波電容的容值、ESR對模塊輸出的紋波噪聲也有直接影響。
電感對紋波噪聲的影響:電感的感量及寄生電容對紋波噪聲的影響同樣顯著。一般地,感量大時對紋波抑制作用明顯,寄生電容小的電感對噪聲抑制效果好。
如果在電源模塊選型中,選用低紋波噪聲的電源模塊,可省去外圍電路的搭建。普科科技致力于示波器測試附件配件研發、生產及銷售
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。
發布日期: 2024-05-16
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