開關(guān)電源紋波噪聲產(chǎn)生原因
開關(guān)器件:
開關(guān)電源中的開關(guān)器件(如MOSFET、IGBT等)在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)的電壓和電流變化,這些變化會(huì)在電源的輸出端產(chǎn)生紋波噪聲。尤其是在開關(guān)管高速開通與關(guān)斷時(shí),其導(dǎo)通與截止期間會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流,從而在輸出端形成紋波噪聲。
在整流過程中,整流二極管會(huì)產(chǎn)生反向恢復(fù)電流,這個(gè)電流會(huì)在輸出端形成紋波噪聲。尤其是當(dāng)輸出二極管D的電流下降到零時(shí),反向恢復(fù)電流最大,從而會(huì)加大輸出紋波。
濾波電容:
輸出濾波電容的電容量和ESR(等效串聯(lián)電阻)會(huì)影響紋波噪聲的大小。如果濾波電容的容量不足或者ESR過大,都會(huì)使紋波噪聲增大。
電感:
在開關(guān)電源中,電感通常用于儲(chǔ)能和濾波。但是,電感中的線圈和磁芯之間可能會(huì)存在寄生電容,這些寄生電容會(huì)與電感本身構(gòu)成諧振電路,從而在輸出端產(chǎn)生紋波噪聲。
PCB布局:
開關(guān)電源的PCB布局不合理也可能導(dǎo)致紋波噪聲的產(chǎn)生。例如,如果開關(guān)器件、濾波電容、電感等關(guān)鍵元件的布局過于緊密或不合理,可能會(huì)導(dǎo)致電磁干擾的增加,從而增大紋波噪聲。
工作環(huán)境:
開關(guān)電源的工作環(huán)境也可能影響其紋波噪聲的大小。例如,高溫、高濕、高海拔等惡劣環(huán)境可能會(huì)使開關(guān)電源的元件性能下降,從而增大紋波噪聲。
開關(guān)電源紋波噪聲怎么解決
開關(guān)電源紋波噪聲的解決方法可以歸納為以下幾個(gè)主要方面:
1. 增大濾波元件
電感和輸出電容: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。因此,加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。通常,使用鋁電解電容以達(dá)到大容量的目的,并在其旁邊并聯(lián)陶瓷電容來彌補(bǔ)鋁電解電容在高頻噪聲抑制方面的不足。
LC濾波器:在電路中增加一級(jí)LC濾波器,對(duì)噪紋波的抑制作用較明顯??梢愿鶕?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。
2. 優(yōu)化電源設(shè)計(jì)
前饋控制:采用前饋控制方法,降低低頻紋波分量。
提高工作頻率:提高開關(guān)電源工作頻率,以減少對(duì)高頻開關(guān)紋波的濾波要求。
多級(jí)濾波:通過多級(jí)濾波進(jìn)一步降低紋波和噪聲。
3. 減小寄生參數(shù)影響
共模紋波噪聲:由于功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間存在寄生電容,導(dǎo)線存在寄生電感,因此會(huì)產(chǎn)生共模紋波噪聲。減小與控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容,并在輸出側(cè)加共模抑制電感及電容,可減小輸出的共模紋波噪聲。
4. 使用LDO濾波
LDO濾波:在開關(guān)電源輸出之后,接LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)濾波是減少紋波和噪聲最有效的辦法。雖然這種方法成本較高且功耗較大,但對(duì)于需要高精度輸出的應(yīng)用來說是一個(gè)好的選擇。
5. PCB布線優(yōu)化
布線優(yōu)化:開關(guān)電源的PCB布線也非常關(guān)鍵。對(duì)于高頻噪聲,簡(jiǎn)單的做法是在二極管上并電容C或RC,或串聯(lián)電感。有專門的開關(guān)電源PCB工程師負(fù)責(zé)這方面的優(yōu)化。
6. 二極管優(yōu)化
二極管并聯(lián)電容:在二極管上并聯(lián)電容C或RC可以減小高頻振蕩。但需注意,并上電容或RC線路可能構(gòu)成振蕩線路,需仔細(xì)調(diào)整參數(shù)以避免電源發(fā)生振蕩現(xiàn)象。
7. 使用EMI濾波器
輸出濾波器:在輸出端采用專門設(shè)計(jì)的EMI濾波器,可以有效減小輸出的共模紋波噪聲。
綜上所述,解決開關(guān)電源紋波噪聲的方法涵蓋了增大濾波元件、優(yōu)化電源設(shè)計(jì)、減小寄生參數(shù)影響、使用LDO濾波、PCB布線優(yōu)化、二極管優(yōu)化和使用EMI濾波器等多個(gè)方面。根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和需求,可以綜合采用上述一種或多種方法,以達(dá)到降低紋波噪聲的目的。
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