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科普知識
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單路平板開關電源

開關電源輸出紋波主要來源

發布日期:2022-04-18 點擊率:62

開關電源輸出紋波主要來源于五個方面:

1.輸入低頻紋波:
  - 增加輸出低頻濾波的電感,電容容量及數量。低頻紋波與輸出電路的濾波電容容量及ESR相關:
    * 充放電時的電壓升降量:Vripple1=Imax/(Co×f)------加大輸出電容值,可以減小紋波,
    * 電流進/出電容時ESR上電壓降量:Vripple2=?I*ESR----采用并聯的方式減小ESR值,或者使用Low ESR電容,可以減小紋波;

  - 但電容的容量不可能無限制地增加,因此可另外采用前饋控制方法,降低低頻紋波分量(前饋控制feed forward control(FFC)是按照擾動產生校正作用的一種調節方式,其目的是加速系統響應速度,改善系統的調節品質,主要用于一些純滯后或容量滯后較大的被控參數的控制);

  - 增加輸出走線(Trace)的寬度。

2.高頻紋波:高頻紋波噪聲來源于高頻功率開關變換電路
  - 適當提高開關頻率,以提高高頻紋波頻率,
  - 采用多級濾波。

3.寄生參數引起的共模紋波噪聲:主要由于功率器件與散熱器底板,變壓器原、副邊之間存在寄生電容及導線存在寄生電感引起。
  - 減小與控制功率器件、變壓器與機殼地之間的寄生電容,并將散熱器有效接地(可選擇通過電容接地,或電容串電阻接地),同時在輸出側加共模電感及電容,
  - 降低開關尖刺幅度(降低漏感、開關管與整流管的寄生電容,適當調整RCD參數等)。

4.功率器件開關過程中產生的超高頻諧振噪聲,主要來源于:
  - 高頻整流二極管反向恢復時二極管結電容、功率器件開關時功率器件結電容與線路寄生電感的諧振,其頻率一般為1-10MHz;可以通過選用軟恢復特性二極管、結電容小的開關管和減少布線長度等措施可以減少超高頻諧振噪聲。

  - 分布及寄生參數引起的開關電源噪聲
    * 開關電源的分布參數是多數干擾的內在因素,開關電源和散熱器之間的分布電容、變壓器初次級之間的分布電容、原副邊的漏感都是噪聲源。
    * 共模干擾就是通過變壓器初、次級之間的分布電容以及開關電源與散熱器之間的分布電容傳輸的。其中變壓器繞組的分布電容與高頻變壓器繞組結構、制造工藝有關。
    * 可以通過改進繞制工藝和結構、增加繞組之間的絕緣、采用法拉第屏蔽等方法來減小繞組間的分布電容。
    * 而開關電源與散熱器之間的分布電容與開關管的結構以及開關管的安裝方式有關。采用帶有屏蔽的絕緣襯墊可以減小開關管與散熱器之間的分布電容。
  - 設計PCB板最好注意以下幾點:

    * 從輸入到輸出最好按順序走線;

    * 開關變壓器底下和附近不走取樣電路,保護電路,主芯片及振蕩相關電路的線路;

    * 總接地點取在輸出濾波電容上比較合適,各電路接地點應從總接地點分別引出;
    * 驅動信號到開關管走線盡可能短,且盡可能的粗,開關變壓器到輸出整流管也是一樣;

5. 閉環調節控制引起的紋波噪聲

  - 在調節器輸出增加對地的補償網絡,調節器的補償可抑制調節器自激引起的紋波增大;

  - 合理選擇閉環調節器的開環放大倍數和閉環調節器的參數,開環放大倍數過大有時會引起調節器的振蕩或自激,使輸出紋彼含量增加,過小的開環放大倍數使輸出電壓穩定性變差及紋波含量增加.所以調節器的開環放大倍數及閉環調節器的參數要合理選取,調試中要根據負載狀況進行調節,以獲得足夠的環路穩定裕量。

  - 在反饋通道中不增加純滯后濾波環節.使延時滯后降到最小.以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。

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