一、紋波、噪音來源:
對于開關電源來說,到底有沒有一些方法能夠減小它的紋波呢?
要控制減小紋波,首先肯定要知道開關電源紋波的來源。紋波其實大致上是和開關頻率是同頻的,,在穩態時電壓在電感兩端滿足伏秒平衡,這時電流會在開關過程中上下波動,因此這波動的電流就會形成波動的電壓,也就是紋波了。除了紋波,開關電源還會產生噪聲,這是兩個不同的概念。噪聲一般是由開關切換時,變化的上升時間(或下降時間)激發出的奇數倍頻的高頻分量,還有就是由于二極管實際上是由電容電感串聯的等效電感,在反向導通的瞬間引起的高頻諧振。一般是幾十MHz,遠高于紋波的頻率,而且噪聲的幅度也較高。
下面就大致總結下幾種減小紋波的方法。
既然說到紋波與開關頻率和電感的關系,首先從這兩方面著手。通過下面幾個公式:
V=L*△I/△t,輸入輸出電壓與占空比關系公式,以及伏秒平衡公式可以得到下面關于紋波與頻率和電感L的公式如下(大家可以自己推導下):
△V=(15-12)*12/15/47/180k=0.28v(以輸入15v,輸出12v,電感47uH為例)
這里可以得到紋波的大小是和電感L和開關頻率f是成反比的,因此從理論上認為增加電感值或者提高開關頻率都可以減小紋波。另外根據電流I=C*△V/△t,又可以變換出:
△V=6/470/180=70mV
又可以得到輸出電容與紋波成反比,因此理論上也可以通過增加輸出電容的容值來減小紋波。
二、降低紋波噪音方法:
1、更換較高頻率的pwm芯片、增大儲能電感值、增加輸出電容容值、選取低ESR的電容:
因電感受體積的限制,不可能再做得更大,大的電容又會帶來ESR的增大,當然你可以多并幾個電容。提高開關頻率嘛,又會增加損耗。
2、再加一級LC濾波器電路(效果不錯)。
3、增加一級LDO:把開關電源的輸出接到LDO電源的輸入,這樣的系統的輸出電壓紋波的確可以做的很好。也規避了LDO電源效率低的缺點。
4、二極管或開關MOS管并聯RC電路,二極管后接電感進行EMI濾波。
5、從PCB設計布局布線方面考慮來減小紋波:
對減小紋波,高頻開關電源的PCB設計布局布線也非常關鍵,PCB分布參數會導致調整誤差或濾波效率變差,嚴重時甚至可能導致自激(一般在特定的負載強度下發生),所以得高度重視電源布局布線。可從下面幾點考慮:、
A、 取樣回路和濾波回路要盡量貼近開關電源IC;
B、 二極管擺法、FB、環路最小等等;
C、 PCB走線不可太長、太細,類似的儲能電感也有同樣原則,只是影響稍小,布局、走線不利相當于降低了電感的Q值;
D、
PCB層疊法:大的地平面、小的層疊間距。 電源平面與地平面盡力靠近,行成平面耦合電容。
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