开关电源:波纹与噪声

出处:维库电子市场网 发布于:2018-05-28 17:49:03

 一、开关电源输出波纹
  ①开关电源输出纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。
  ②产生原因是开关电源的电流纹波作用在电容的ESR上。
  ③纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。
  二、开关电源输出噪声
  ①开关电源输出噪声是指全带宽下输出电压上叠加的交流量。
  ②产生的原因一种是开关电源自身产生的。另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。
  ③开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。
  三、减小纹波和噪声电压的措施
  ①减少EMI的干扰
  采用金属外壳做屏蔽减小外界电磁场辐射干扰。为减少从电源线输入的电磁干扰,在电源输入端加EMI滤波器。
 

  ②在输出端采用高频性能好、ESR低的电容
  采用高分子聚合物固态电解质的铝或钽电解电容作输出电容是的,其特点是尺寸小而电容量大,高频下ESR阻抗低,允许纹波电流大。它适用于高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器及DC/DC模块电源作输出电容。
  ③采用与产品系统的频率同步
  为减小输出噪声,电源的开关频率应与系统中的频率同步,即开关电源采用外同步输入系统的频率,使开关的频率与系统的频率相同。
  ④避免多个模块电源之间相互干扰
  在同一块PCB上可能有多个模块电源一起工作。若模块电源是不屏蔽的、并且靠的很近,则可能相互干扰使输出噪声电压增加。为避免这种相互干扰可采用屏蔽措施或将其适当远离,减少其相互影响的干扰。
  ⑤增加LC滤波器
  为减小模块电源的纹波和噪声,可以在DC/DC模块的输入和输出端加LC滤波器。
  ⑥增加LDO
  在开关电源或模块电源输出后再加一个低压差线性稳压器(LDO)能大幅度地降低输出噪声,以满足对噪声特别有要求的电路需要,输出噪声可达μV级。
  

  由于LDO的压差(输入与输出电压的差值)仅几百mV,则在开关电源的输出略高于LDO几百mV就可以输出标准电压了,并且其损耗也不大。
  ⑦ 增加有源EMI滤波器及有源输出纹波衰减器
  有源EMI滤波器可在150kHz~30MHz间衰减共模和差模噪声,并且对衰减低频噪声特别有效。在250kHz时,可衰减60dB共模噪声及80dB差模噪声,在满载时效率可达99%。
  输出纹波衰减器可在1~500kHz范围内减低电源输出纹波和噪声30dB以上,并且能改善动态响应及减小输出电容。

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