紋波測(cè)量與抑制

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1、我們最終的目的是要把輸出紋波降低到可以忍受的程度，達(dá)到這個(gè)目的最根本的解決方法就是要盡量避免紋波的產(chǎn)生，首先要清楚開關(guān)電源紋波的種類和產(chǎn)生原因。SWITCHaJaVOUTPWMCONTROLRLOAD上圖是開關(guān)電源中最簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?buck降壓型電源。隨著SWITCH的開關(guān)，電感L中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動(dòng)的。所以在輸出端也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與SWITCH同頻率的紋波，一般所說(shuō)的紋波就是指這個(gè)。它與輸出電容的容量和ESR有關(guān)系。這個(gè)紋波的頻率為開關(guān)電源相同，為幾十到幾百KHz。另外，SWITCH一般選川雙極性晶體錚或者M(jìn)OSFET,不管是哪種，在其導(dǎo)通和截止的時(shí)候

2、，都會(huì)有一個(gè)上升時(shí)間和卜降時(shí)間。這時(shí)候在電路屮就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與SWITCH上升下降吋間的頻率相同或者奇數(shù)倍頻的噪聲，一般為兒十MHz。同樣二極管D在反向恢復(fù)瞬間，英等效電路為電阻電容和電感的串聯(lián)，會(huì)引起諧振，產(chǎn)生的噪聲頻率也為兒十MHzo這兩種噪聲一?般叫做高頻噪聲，幅值通常要比紋波人得多。如果是AC/DC變換器，除了上述兩種紋波（噪聲）以外，還有AC噪聲，頻率是輸入AC電源的頻率，為50?60Hz左右。還有一種共模噪聲，是由于很多開關(guān)電源的功率器件使用外殼作為散熱器，產(chǎn)生的等效電容導(dǎo)致的。因?yàn)楸救耸亲銎囯娮友邪l(fā)的，對(duì)于后兩種噪聲接觸較少，所以暫不考慮。開關(guān)電源紋波的測(cè)

3、量基本要求：使用示波器AC耦合20MHz帶寬限制拔掉探頭的地線1,AC耦合是去掉疊加的直流電壓，得到準(zhǔn)確的波形。2,打開20MHz帶寬限制是防止高頻噪聲的干擾，防止測(cè)出錯(cuò)謀的結(jié)果。因?yàn)楦哳l成分幅值較大，測(cè)量的時(shí)候應(yīng)除去。3,拔掉示波器探頭的接地夾，使用接地環(huán)測(cè)最，是為了減少干擾。很多部門沒有接地環(huán)，如果誤差允許也直接川探頭的接地夾測(cè)量。但在判斷是否合格時(shí)要考慮這個(gè)因素。還有一點(diǎn)是要使用50Q終端。橫河示波器的資料上介紹說(shuō)，50Q模塊是除去DC成分,精確測(cè)MAC成分。但是很少有示波器配這種專門的探頭，人多數(shù)情況是使用標(biāo)配100KQ到10MQ的探頭測(cè)量，影響暫時(shí)不清楚。上而

4、是測(cè)量開關(guān)紋波吋基木的注意事項(xiàng)。如果示波器探頭不是直接接觸輸出點(diǎn)，應(yīng)該用雙絞線，或者5OQ同軸電纜方式測(cè)雖。在測(cè)最高頻噪聲時(shí)，使用示波器的全通帶，一般為幾百兆到GHz級(jí)別。其他與上述相同?？赡懿煌墓居胁煌臏y(cè)試方法。歸根到底笫一要清惣自己的測(cè)試結(jié)果。笫二要得到客戶認(rèn)可，關(guān)于示波器：有些數(shù)字示波器因?yàn)楦蓴_和存儲(chǔ)深度的原因，無(wú)法」11確的測(cè)量出紋波。這吋應(yīng)更換示波器。這方面冇時(shí)候雖然老的模擬示波器帶寬只冇幾十兆，但表現(xiàn)要比數(shù)字示波器好。泰克公司有專門分開測(cè)量上述兩種紋波（噪蘆）的軟件，可以看一下參考資料5。同樣，關(guān)于示波器的接地，電源測(cè)試的相關(guān)知識(shí)，也可以看一下。開關(guān)電

5、源紋波的抑制對(duì)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冇三種：1,加人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(dòng)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。八左圖是開關(guān)電源電感L內(nèi)的電流波形，其紋波電流可由下式算出:A（Vir-Vout>>

6、目的。但是電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好，而R.ESR也比較大，所以會(huì)在它旁邊并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容，來(lái)彌補(bǔ)鋁電解電容的不足。同吋，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。這吋輸入電源不會(huì)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(lái)提供電流。應(yīng)用該對(duì)策后，BUCK型開關(guān)電源如下圖所示：上而這種做法對(duì)減小紋波的作用是有限的。因?yàn)轶w積限制，電感不會(huì)做的很大；輸岀電容增加到一定程度，對(duì)減小紋波就沒冇明顯的效果了；增加開關(guān)頻率，又會(huì)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。關(guān)于開關(guān)電源的原理等，

7、可以參考各類開關(guān)電源設(shè)計(jì)手冊(cè)。1,二級(jí)濾波，就是再加一級(jí)LC濾波器LC濾波器對(duì)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，這種悄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),輸岀電壓會(huì)降低。因?yàn)槿魏坞姼卸加幸粋€(gè)總流電阻，當(dāng)冇電流輸出時(shí)，在電感上會(huì)冇壓降產(chǎn)生，導(dǎo)致電源的輸出電壓降低。而H?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(huì)