Buck电路中分析开关电源纹波抑制

Buck电路中分析开关电源纹波抑制
Buck电路中分析开关电源纹波抑制

由于开关电源体积小,输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大,如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。本文通过对Buck电路的分析,找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。

1 纹波的定义

Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。

通常情况下,开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电,经高频开关变换由变压器降压,经高频二极管整流滤波后,得到稳定的直流电压输出。其自身含有大量的谐波干扰,同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源,这些尖峰就是输出纹波。输出纹波主要来源于4个方面:低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。

2 Buck电路产生纹波的机理及计算

2.1 纹波电流计算

电感的定义:

λ为线圈磁链;N为线圈匝数;i为流经线圈的电流;Φ为线圈磁通。如果式(1)两端以时间t为变量进行微分计算,可得:

这便是大家所熟知的电感电压降回路方程。

现在假设对于每个单独的开关周期,在开关管导通状态和关断状态,输入输出电压都基本没有变化,可以写出导通状态和关断状态时的L两端的电压。

导通状态L两端的电压:

关断状态L两端的电压:

Vsat为开关管的导通压降;VF为二极管的导通压降。

由于Vsat和VF相对于Vi和Vo很小,这里忽略不计,可以得到:

可以看出Von和Voff都是常数,即对于

,不论在导通状态还是在关断状态都有:

为常数,所以可以用

替换

,代入式(4)并整理得:

可以认为Δi就是电感线圈中的纹波电流,将导通和关断状态时的时间和电压式(2)和式(3)代入上式,分别写出导通状态和关断状态时的纹波电流表达式:

Δion为导通状态纹波电流;ton为导通时间;Δioff为关断状态纹波电流;toff为关断时间。

在电源稳定工作时,

ΔiL为线圈上纹波电流的绝对值。将式(5)和式(6)代入式(7),整理得:

进而得出:

fs为开关频率。

将式(8)代入式(5),得:

式(9)即为纹波电流的表达式。

注意到在输出部分,电感电流在电容C和负载之间分割,有:

设在稳态下,输出到负载的电流不变。所以有:

这也是一种近似,因为就算是负载恒定不变,由于电压纹波的影响,电流也会改变的,但由于这个变化量和ΔiL相比很小,所以在此忽略。如果不忽略,也可以推导出更复杂的表达式。ΔiC加之于C就会产生纹波电压。

首先计算第一部分。当ΔiC流过理想电容C时,在C两端产生的电压变化:

取积分下限为ton/2,积分上限为toff/2,计算积分得:

计算第二部分,对于一般电容,都具有串联等效电感和串联等效电阻(其实还有并联等效绝缘电阻)。串联等效电感只在较高频率时起作用,在分析开关频率时可以将其忽略,但必须考虑的是串联等效电阻ESR.电流ΔiC流过ESR时,会在ESR两端产生电压降,其值为:

ΔVESR也会作为纹波的一部分表现在输出端上,所以总的纹波表达式为式(10)和式(11)的和,即:

Vro为总纹波;ESR为C的等效串联电阻。

式(12)即是Buck类型开关电源的纹波电压的近似表达式,其中的每个变量都是影响纹波的因素,调整这些变量就是调整纹波的主要方法。

3 影响纹波的因素分析及抑制措施

根据式(12),逐一分析影响纹波电压的因素

1)首先观察括号内的因素:试取一个典型的值计算一下,如

fs=300kHz,C=470μF,可知为

尽管对于ESR的计算要考虑很多因素,一般情况下,电解电容和若干陶瓷电容并联后的等效电阻ESR在十几到几十mΩ之间,由此可见ESR是纹波产生的主要因素,并且C取值的增加不会显着改变纹波。

2)其次观察等式右边的前半部分

如果L或者fs增大,则Vro变小,可以减小纹波,即增大电感的值和提高开关频率可以降低纹波。

3)最容易忽略的是输出电压和纹波的关系。考察Vo对Vro的变化率。

在所有其他因素都不改变的条件下,将Vro对Vo求导,可得:

其中:

,此时电源输出的纹波最大。

Vo无论大于还是小于这个值,纹波都将减小。由该规律可以推算输出电压调整的电源模块的纹波。

4)在实际工作中,一切可以调整的因素都是相对稳定的,并且带有一定的实际工作误差。因此在考虑开关频率、L和C的取值的时候,要考虑干扰因素,选取受到很多因素影响的一个折中的结果。调整这些取值要考虑其他制约因素,下面列举一些制约因素,在调整参数时需要注意:

a)提高开关频率将使系统功耗增大,电源效率降低,温度升高,带来散热问题。

b)开关频率受到开关管、控制芯片、二极管及其他因素的限制,不能无限提高。

c)提高L的值会使电感体积增加,成本增加,而电感的选择面是比较窄的。

d)无论是修改L、C或是开关频率,都要注意电源的稳定性。

通过上述分析可以得知,降低ESR可以降低纹波干扰,即在实际通常使用电解和若干瓷片电容并联的方法降低输出C的ESR,进而降低纹波干扰。

4 结语

本文通过对Buck电路中元器件的计算公式,推导出纹波电压、电流的计算公式。根据影响因素,对电感量、电容量的选择进行分析比较,从而得出纹波的抑制方法。然而问题并没有完全解决,下面的问题更加值得关注与了解:

1)各类电解电容和各类薄膜电容的ESR特性是什么;

2)各类电容的ESR受哪些因素的影响;

3)如何估算电容并联的ESR;

4)输出电容的相对位置对ESR有何影响。

开关电源纹波、噪音详解——这篇文章令你眼前一亮(民熔)

开关电源纹波、噪声浅谈 纹波与噪声 纹波 开关电源的输出并不是真正恒定的,输出存在着周期性的抖动,这些抖动看上去就和水纹一样,称为纹波。 纹波可以是电压或电流纹波。 通常用2个参数来描述纹波: 最大纹波电 压:纹波的峰峰值。 纹波系数:交流分量的有效值与直流分量之比。 纹波产生的原因 开关电源的纹波来自2个地方: 低频纹波:来自AC输入的周期,电源对输入的抑制比不是完美的,当输入变化,输出也会变化。 高频纹波:来自开关切换的周期,开关电源不是线性连续输出能量,而是将能量组成一个个包来传输,因此会存在和开关周期相对应的纹波。 如果是线性电源,是没有开关纹波的,只有低频纹波。 纹波与噪声

纹波是由于AC周期或开关周期引起的输出抖动,而噪声是随机耦合到输出上的高频信号,是不一样的。 恒流 LED恒流驱动 为什么照明用LED都是电流驱动? LED是二极管,而二极管的PN结的正向导通阻抗是负温度系数,随着温度的升高,二极管正向导通阻抗降低。 如果用恒压源驱动LED,随着LED工作,温度开始升高,温度升高后,正向导通阻抗降低,由于I=U/R,电流升高,且由于功率P=U*I,功率也增加,LED发热更厉害,进一步刺激温度升高,陷于恶性循环,直到LED损坏。 恒压源驱动时,温度和电路是一对正反馈。 所以照明LED都是恒流驱动,如果是非照明,LED几乎没有温升,此时可以用恒压驱动。 恒流精度 恒流精度和其他电影的恒压效果一样,体现在几个方面。 当负载发生变化时,电源输出的电流的恒定程度。 在实际应用时,多个不同的LED串不可能阻抗特性完全相同,将这些不同的负载接到电源上后,电流的误差就定义为恒流精度。 不光是多负载,同一个LED,温度不同时,阻抗特性也不同,不同温度下电流也是有误差的,但这和前面的条件本质还是一样,都是负载变化。

Buck电路中分析开关电源纹波抑制

由于开关电源体积小,输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大,如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。本文通过对Buck电路的分析,找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。 1 纹波的定义 Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。 通常情况下,开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电,经高频开关变换由变压器降压,经高频二极管整流滤波后,得到稳定的直流电压输出。其自身含有大量的谐波干扰,同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源,这些尖峰就是输出纹波。输出纹波主要来源于4个方面:低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。 2 Buck电路产生纹波的机理及计算 2.1 纹波电流计算 电感的定义: λ为线圈磁链;N为线圈匝数;i为流经线圈的电流;Φ为线圈磁通。如果式(1)两端以时间t为变量进行微分计算,可得:

这便是大家所熟知的电感电压降回路方程。 现在假设对于每个单独的开关周期,在开关管导通状态和关断状态,输入输出电压都基本没有变化,可以写出导通状态和关断状态时的L两端的电压。 导通状态L两端的电压: 关断状态L两端的电压: Vsat为开关管的导通压降;VF为二极管的导通压降。 由于Vsat和VF相对于Vi和Vo很小,这里忽略不计,可以得到: 可以看出Von和Voff都是常数,即对于

,不论在导通状态还是在关断状态都有: 为常数,所以可以用 替换 ,代入式(4)并整理得: 可以认为Δi就是电感线圈中的纹波电流,将导通和关断状态时的时间和电压式(2)和式(3)代入上式,分别写出导通状态和关断状态时的纹波电流表达式:

开关电源纹波分析及抑制(精华)

主题: 开关电源纹波的产生与控制 开关电源输出纹波主要来源于五个方面:输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。若要实现开关电源的低纹波输出,则必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。 低频纹波抑制的几种常用的方法: a、加大输出低频滤波的电感,电容参数,使低频纹波降低到所需的指标。 b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量。 2、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路,在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关,设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求。 高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路,常用的方法有以下几种: a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波 b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波。 C、采用多级滤波。 3、由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当矩形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声。 减小输出共模纹波噪声的常用方法: a、输出采用专门设计的EMI滤波器。 b、降低开关毛刺幅度。 4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振,频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二

开电源纹波噪声的产生及抑制

电源纹波噪声的产生及抑制 一、纹波 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处: 1.1.容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害; 1.2.降低了电源的效率; 1.3.较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器; 1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作; 1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示; 单位通常为:mV 例如: 一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,测得纹波的有效值为10mV,这10mV 就是纹波的绝对量,而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1.以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面: 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声;

4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。 4.1、输入低频纹波: 低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留。 交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。 电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。要实现开关电源的低纹波输出,必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。 低频纹波抑制的几种常用的方法: a、加大输出低频滤波的电感,电容参数。 △●电容上的纹波有两个成分,一个是充放电时的电压升降量,一个是电流进出电容时ESR上的I*R电压降量。 △●通过输出纹波与输出电容的关系式:vripple=Imax/(Co×f)可以看出,加大输出电容值可以减小纹波。 △●或者考虑采用并联的方式减小ESR值,或者使用LOW ESR电容。 b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量。 △●feed forward control(FFC)前馈控制是按照扰动产生校正作用的一种调节方式,主要用于一些纯滞后或容量滞后较大的被控参数的控制。 △●其目的是加速系统响应速度,改善系统的调节品质。 4.2、高频纹波: 高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路 在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关; 设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求。高频纹波抑制常用的方法有以下几种: a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,其纹波电流△I可由下式算 出: 可以看出,增加L值,或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动。 b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波。 c、采用多级滤波。 一般滤波多采用C型、LC型、CLC型,为了更好的抑制纹波,可以采用增加多一级LC滤波。 4.3、寄生参数引起的共模纹波噪声: 由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生

电源纹波分析及测试方法

电源纹波分析及测试方法 一、什么叫纹波 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。 它主要有以下害处: 1.1.容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害; 1.2.降低了电源的效率; 1.3.较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器; 1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作; 1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作 二、纹波、纹波系数的表示方法 可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示; 单位通常为:mV 例如:

一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,测得纹波的有效值为10mV,这10mV就是纹波的绝对量,而相对量,即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1.以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面: 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声; 4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。

五、电源纹波测试 纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号,是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源,如激光器电源,纹波则是其致命要害之一。所以,电源纹波的测试就显得极为重要。 电源纹波的测量方法大致分为两种:一种是电压信号测量法;另一钟是电流信号测量法。 一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源,都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。 电压信号测量纹波是指,用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源,测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试,则一般是通过使用电压探头,测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中,示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。 所用的仪器是:配有电压测量探头的TDS1012B示波器。 测量之前需要进行如下设置。 1.通道设置:

开关电源纹波

开关电源纹波的产生 我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度,达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生,首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。 随着SWITCH的开关,电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波,一般所说的纹波就是指这个。它与输出电容的容量和ESR有关系。这个纹波的频率与开关电源相同,为几十到几百KHz。 另外,SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET,不管是哪种,在其导通和截止的时候,都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声,一般为几十MHz。同样二极管D在反向恢复瞬间,其等效电路为电阻电容和电感的串联,会引起谐振,产生的噪声频率也为几十MHz。这两种噪声一般叫做高频噪声,幅值通常要比纹波大得多。 如果是AC/DC变换器,除了上述两种纹波(噪声)以外,还有AC噪声,频率是输入AC电源的频率,为50~60Hz左右。还有一种共模噪声,是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器,产生的等效电容导致的。因为本人是做汽车电子研发的,对于后两种噪声接触较少,所以暂不考虑。 开关电源纹波的测量 基本要求:使用示波器AC耦合,20MHz带宽限制,拔掉探头的地线 1,AC耦合是去掉叠加的直流电压,得到准确的波形。 2,打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰,防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大,测量的时候应除去。 3,拔掉示波器探头的接地夹,使用接地环测量,是为了减少干扰。很多部门没有接地环,如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。 还有一点是要使用50Ω终端。横河示波器的资料上介绍说,50Ω模块是除去DC成分,精确测量AC成分。但是很少有示波器配这种专门的探头,大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量,影响暂时不清楚。 上面是测量开关纹波时基本的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 在测量高频噪声时,使用示波器的全通带,一般为几百兆到GHz级别。其他与上述相同。可能不同的公司有不同的测试方法。归根到底第一要清楚自己的测试结果。第二要得到客户认可。 关于示波器: 有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因,无法正确的测量出纹波。这时应更换示波器。这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽只有几十兆,但表现要比数字示波器好。 泰克公司有专门分开测量上述两种纹波(噪声)的软件,可以看一下参考资料5。同样,关于

开关电源的纹波和噪声测试方法

开关电源的纹波和噪声(图) 开关电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较,最突出的优点是转换效率高,一般可达80%~85%,高的可达90%~97%;其次,开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器,不仅重量减轻,体积也减小了,因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态,输出的纹波和噪声电压较大,一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右),最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;而线性电源的调整管工作于线性状态,无纹波电压,输出的噪声电压也较小,其单位是μV。 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。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。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。 噪声的产生原因有两种,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。 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,也称为开关噪声。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。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声

BUCK电路降纹波的详解

详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法 2013-10-11 09:51 来源:电源网作者:云际 开关电源具有效率高、输出电压可调范围大、损耗小、体积小、重量轻等特点,得到了广泛的应用。由于开关电源体积小,输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大,如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。本文通过对Buck电路的分析,找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。 纹波的定义 Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。 通常情况下,开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电,经高频开关变换由变压器降压,经高频二极管整流滤波后,得到稳定的直流电压输出。其自身含有大量的谐波干扰,同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源,这些尖峰就是输出纹波。输出纹波主要来源于4个方面:低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。 Buck电路产生纹波的机理及计算 1、纹波电流计算 电感的定义:

λ为线圈磁链、N为线圈匝数、i为流经线圈的电流、Φ为线圈磁通。如果式(1)两端以时间t为变量进行微分计算,可得: 这便是大家所熟知的电感电压降回路方程。 现在假设对于每个单独的开关周期,在开关管导通状态和关断状态,输入输出电压都基本没有变化,可以写出导通状态和关断状态时的L两端的电压。 导通状态L两端的电压: 关断状态L两端的电压: Vsat为开关管的导通压降;VF为二极管的导通压降。 由于Vsat和VF相对于Vi和Vo很小,这里忽略不计,可以得到: 可以看出Von和Voff都是常数,即对于 不论在导通状态还是在关断状态都有:

开关电源各个专业开关电源各个专业名词解释

开关电源各个专业纹波与噪声 纹波 ■开关电源的输出并不是真 上去就和水纹一样,称为纹 纹波可以是电压或电流纹波■通常用2个参数来描述纹最大纹波电压:纹波的峰峰纹波系数:交流分量的有效纹波产生的原因 ■开关电源的纹波来自低频纹波:来自AC 输入的周输出也会变化。 高频纹波:来自开关切换的量组成一个个包来传输,■如果是线性电源,是没有关电源各个专业名词解释不是真正恒定的,输出存在着周期性的抖动,称为纹波。 流纹波。 描述纹波: 的峰峰值。 的有效值与直流分量之比。 2个地方: 入的周期,电源对输入的抑制比不是完美的,当输切换的周期,开关电源不是线性连续输出能量,因此会存在和开关周期相对应的纹波。 是没有开关纹波的,只有低频纹波。 解释 ,这些 抖动看 当输入 变化,能量,而是 将能

纹波的影响 ■最大纹波会决定输出的峰 的影响,使得输出的峰值比比如,对LED 来说,过高的■过大的纹波系数会使得输求。 比如,对LED 来说,过大的■如果开关电源用来驱动电是驱动IC 这种高速型负载纹波与噪声 ■纹波是由于AC 周期或开的高频信号,是不一样的调整率 ■电源在使用时,有两个明 输入和负载发生变化时,出的峰值,本来输出是稳定的某个电压或电流峰值比平均值高,这可能会损坏负载。 过高的电流会减少LED 的寿命。 使得输出的能量不均衡平滑,从而偏离了直流输过大的纹波系数会使得LED 亮度变化,造成闪烁驱动电池,LED 灯这种负载,低频纹波的影响更型负载,高频纹波的影响更大。 期或开关周期引起的输出抖动,而噪声是随机耦合样的。 两个明显变化的外部条件:输入和负载。好的电,依然能维持恒压或恒流。 电流,由 于纹波直流输出 这个要成闪烁。 影响更大, 如果机耦合到 输出上 好的电源 应该在

开关电源的纹波和噪声

开关电源的纹波和噪声 开关电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较,最突出的优点是转换效率高,一般可达80%~85%,高的可达90%~97%;其次,开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器,不仅重量减轻,体积也减小了,因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态,输出的纹波和噪声电压较大,一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右),最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;而线性电源的调整管工作于线性状态,无纹波电压,输出的噪声电压也较小,其单位是μV。 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。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。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。 噪声的产生原因有两种,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。 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,也称为开关噪声。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。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。

如何降低电源纹波噪声的分析与应用

如何降低电源纹波噪声的分析与应用 一、什么叫纹波? 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量; 它主要有以下害处: 1、容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害; 2、降低了电源的效率; 3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器; 4、会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作; 5、会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示; 例如:一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,测得纹波的有效值为10mV,这10mV就是纹波的绝对量,而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压 =10mv/12V=0.12 %; 三、纹波的测试方法 以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面:输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关

开关电源噪声及纹波产生原因和测量方法

本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。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。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。 噪声的产生原因有两种,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。 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,也称为开关噪声。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。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。 由于开关电源的品种繁多(有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等),但是各生产厂家都采用示波器测量法,仅测量装 置上不完全相同,因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准,即企业标准。

开关电源纹波抑制研究现

开关电源纹波抑制研究现 作者:方宇杰苏秉华杭凌侠 来源:《现代电子技术》2012年第10期 摘要:提出开关电源纹波的定义,分析开关电源纹波产生的原因,并提出几种抑制纹波的方法。最后针对一款特殊开关电源,论述了开关电源的输出稳定性问题。该电源输出电流为10 A,输出电压为12 V,主要用于驱动半导体激光器。为减小输出电流纹波,提高激光功率稳定性,研究分析了几种抑制纹波的方法,包括滤波法,多路叠加法等。该电源的设计采用主、副电源的思路,从主电源采集纹波信号反馈给副电源的控制端,从而使主副电源输出叠加后保持较小的输出纹波。通过实验验证该方法可以使纹波系数保持在1%,使得性能有所提高。 关键词:开关电源;纹波抑制;反馈控制;半导体激光器 中图分类号:文献标识码:A 文章编号: 近年来,开关电源以其体积小,重量轻,效率高等优点,在工程领域、医疗机构、科学研究等方面有着越来越广泛的应用。本文着重解决一款能输出10 A电流12 V电压的特殊恒流源的纹波抑制问题,专门用于大功率的半导体激光器驱动。该激光器需求高稳定的光功率输出,激光器输出光功率的稳定性是一个主要参数,半导体激光器的光功率稳定性主要表现在输入电流的稳定性,输入电流的纹波越小光功率稳定性越好。目前,解决开关电源纹波的方法有若干种,各有其优缺点,由于输出电流是10 A的大电流,一般的方法不能适用。本文通过对比滤波法提出双路并联法,旨在大电流情况下进一步减小电流输出纹波。 1 纹波产生原因分析 通常开关电源把电网提供的交流电经过整流滤波转变为直流电,开关管的高速开通和关断,就会引起输出电压的波动,在输出回路中的快恢复二极管和电感也会引起输出电压的波动。这些高频低频的波动总和就形成了输出的纹波,包括电压纹波和电流纹波[1]。 开关电源中纹波的来源有很多原因,其中MOS管开通关断所产生的纹波是主要原因之一。当开关管开通关断时都会有一个上升时间和下降时间,这时就会在电路中引起一个同频率的噪声。输出回路上的电感也会随着充电放电产生一个噪声,同时也会有漏感产生[]。在导线与导线之间,元器件的引脚之间还会存在各种寄生电感,这些寄生电感会遵循如下公式产生变化。U=-Ldi/dt 从该公式可以看出电感两端一旦有电流发生变化就会使得电感两端的电压发生变化,因此电路板上元器件的布局以及走线方法都会影响电路的性能。这些影响因素就是纹波产生的根源[5]。开关电源的纹波一直以来都是一个重要的参数,尤其是应用半导体激光器的场合,都应力求输出电压电流的稳定。

最有效的开关电源纹波计算方法

对滤波效果而言,电容的ESL和ESR参数都很重要,电感会阻止电流的突变,电阻则限制了电流的变化率,这些影响对电容的充放电显然都不利。优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESL和ESR,故而横向比较起来,同样的容量滤波效果却不同。

漏电流小,ESR小,一般都是认为要选择低ESR的系列,不过也与负载有关,负载越大,ESR不变时,纹波电流变大,纹波电压也变大。我们从公式上来看看,dV=C*di*dt;dv就是纹波,di是电感上电流的值,dt是持续的时间。一般的开关电源书籍都会讲到怎么算纹波,大题分解为:滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise,如下图: 一般对纹波的计算通常是估算 有关开关电源纹波的计算,原则上比较复杂,要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数,计算每个谐波的衰减,再求和。最后的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关,而且与负载电阻有关。当然,计算时是将滤波电感和滤波电容看成理想元件,若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR,那就更复杂了。所以,通常都是估算,再留出一定余量,以满足设计要求。对样机需要实际测试,若不能满足设计要求,则需要更改滤波元件参数。 以Buck电路为例,电感中电流连续和断续,开关电源的传递函数完全不同。电流连续时环路稳定,电流断续时未必稳定。而电感中电流是否连续,除与电感量等有关外,还与负载有关。更严重的是,电流是否连续还与占空比有关,而占空比是由反馈电路控制的。不仅Buck,其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。 若要求所有可能产生的工作状态下都稳定,通常要加假负载以保证Buck电路电感电流总是连续(对Buck/Boost或反激则保证不会在连续断续之间转变),或者把反馈环路时间常数设计得非常大(这会在很大程度上降低开关电源的响应速度)。对输出电压可调整的开关电源(例如实验室用的0~30V输出电源),环路稳定的难度更大。对这类电源,往往要在开关电源之后再加一级线性调整。 电解电容的选择很重要 在输出端采用高频性能好、ESR低的电容,高频下ESR阻抗低,允许纹波电流大。可以在高频下使用,如采用普通的铝电解电容作输出电容,无法在高频(100kHz以上的频率)下工作,即使电容量也无效,因为超过10kHz时,它已成电感特性了。

开关电源输出纹波测试方法

模块电源的基本参数及测试方法 HOPLITE 2005-4-1 电源的测试 以下主要介绍一些对电源进行性能测试的方法。 测试采用标准的开尔文四端测试法。图21为电源输出电压的开尔文四端测量。测量是通过另外一对不同的接触端点和连线来进行的。这对端点上没有负载电流通过,否则会产生毫伏级的测量误差。图21为通用的测试设置。 1. 输出电压精度 在标称的输入电压和额定负载下,用高精度的直流电压表来测试输出电压。测量值与标称值之间的差值以百分比来表示就是输出电压精度,其计算公式为: 其中U0为标称值,U为测量值。 2. 电压调整率 随着输入电压的变化,输出电压会出现一定的变化。输出电压随着输入电压变化的百分比就是电压调整率。在25℃及标称的输入电压和额定负载下,测量: 标称输入电压下的输出电压Un0 高输入电压下的输出电压Uh0 低输入电压下的输出电压U10 取最大偏差电压,即取|Uh0-Un0|和|U10-Un0|中的最大值与标称输出电压下的输入电压Un0相比,以百分比来表示,就是电压调整率。 3. 负载调整率 随着电源负载的变化,输出电压也会出现一定的变化。输出电压随着负载变化的百分比就是负载调整率。 在25℃及标称的输入电压下测量: 额定负载下的输出电压Un0 空载或最小负载下的输出电压Uml0 两次测量值的差值即|Un0-Uml0|与Un0相比,以百分比来表示,就是负载调整率。 4. 温度系数 在标称输入电压和额定负载下,输出电压随环境温度的变化率称之为温度系数。一般来说,温度升高输出电压下降。 把电源放在温度控制箱内,在标称输入电压和额定负载下,测量: 25℃环境温度下的输出电压Un0 升到最高工作温度并稳定15~30分后,测量输出电压Uht0 降到最低工作温度并稳定15~30分后,测量输出电压U1t0 分别计算出高温下的温度系数和低温下的温度系数,取两者中教大的数值 作为温度系数。 高温下的温度系数 低温下的温度系数 5. 输出纹波和噪音 纹波和杂音是叠加在直流输出电压上的交流成分,对纹波和噪音的测量在额定负载和常温下进行。对于开关型的DC/DC变换器而言,输出纹波电压为一系统带有高频分量的小脉冲,因此通常测量峰-峰值,而不是有效值(RMS)。其测量值用毫伏峰-峰值(mVp-p)表示。例如当一个DC/DC变换器的纹波峰-峰值为50mV时,其RMS值很低,仅为5mV,但是否能用于某一系统,必须要进一步考虑才行。 因为所测量的纹波中含有的高频分量,必须使用特殊的测量技术,才能获得正确的测量结果。为了测出纹波尖峰中的所有高频谐波,一般要用20MHz带宽的示波器。 其次在进行纹波测量时,必须非常注意,防止将错误信号引入测试设备中。测量时必须去掉探头地线夹,因为在一个高频辐射场中,地线夹会象一个天线一样接受噪音,干扰测量结果。用带有接地环的探头,采用图22所示的测量方法来消除干扰。

开关电源纹波抑制

开关电源纹波的 产生与控制 开关电源输出纹波主要来源于五个方面:输入低频 纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率 器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制 引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电 容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残 留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出 端表现为低频噪声,其大小由DC/DC变换器的变比和控 制系统的增益决定。电流型控制DC / DC变换器的纹波 抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍 较大。若要实现开关电源的低纹波输出,则必须对低频 电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。 低频纹波抑制的几种常用的方法: a、加大输出低频滤波的电感,电容参数,使低频纹波降 低到所需的指标。 b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量。 2、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路,在 电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变 换而后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与 开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响 大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和 参数有关,设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可 以减少对高频开关纹波的滤波要求。 高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路,常用的方 法有以下几种: a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频 率,有利于抑制输出高频纹波 b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波。

C、采用多级滤波。 3、由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当矩形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声。 减小输出共模纹波噪声的常用方法: a、输出采用专门设计的EMI滤波器。 b、降低开关毛刺幅度。 4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振,频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。 开关电源都需对输出电压进行闭环控制,调节器参数设计的不适当也会引起纹波。当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路,可能导致调节器的自激振荡,引起附加纹波。此纹波电压一般没有固定的频率。 在开关直流电源中,往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大。 这部分纹波可通过以下方法进行抑制: a、在调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大。 b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡或自激,使输出纹彼含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加.所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节。 c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节.使延时滞后降到最小.以增加闭环调节的快速性和及时性,对

电源纹波分析及测试方法

电源纹波分析及测试方 法 集团企业公司编码:(LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

一、什么叫纹波? 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。 它主要有以下害处: 1.1.容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害; 1.2.降低了电源的效率; 1.3.较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器; 1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作; 1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作 二、纹波、纹波系数的表示方法 可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示; 单位通常为:mV 例如: 一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,测得纹波的有效值为10mV,这10mV 就是纹波的绝对量,而相对量,即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1.以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面: 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声; 4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。 电源纹波测试 纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号,是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源,如激光器电源,纹波则是其致命要害之一。所以,电源纹波的测试就显得极为重要。 电源纹波的测量方法大致分为两种:一种是电压信号测量法;另一钟是电流信号测量法。 一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源,都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。 电压信号测量纹波是指,用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源,测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测

开关电源纹波的测量和抑制

开关电源输出纹波的测量和抑制 开关电源纹波的产生 我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度,达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生,首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。 上图是开关电源中最简单的拓扑结构-buck降压型电源。 随着SWITCH的开关,电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波,一般所说的纹波就是指这个。它与输出电容的容量和ESR有关系。这个纹波的频率与开关电源相同,为几十到几百KHz。 另外,SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET,不管是哪种,在其导通和截止的时候,都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声,一般为几十MHz。同样二极管D在反向恢复瞬间,其等效电路为电阻电容和电感的串联,会引起谐振,产生的噪声频率也为几十MHz。这两种噪声一般叫做高频噪声,幅值通常要比纹波大得多。 如果是AC/DC变换器,除了上述两种纹波(噪声)以外,还有AC噪声,频率是输入AC电源的频率,为50~60Hz左右。还有一种共模噪声,是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器,产生的等效电容导致的。

开关电源纹波的测量 基本要求: 使用示波器AC耦合 20MHz带宽限制 拔掉探头的地线 1,AC耦合是去掉叠加的直流电压,得到准确的波形。 2,打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰,防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大,测量的时候应除去。 3,拔掉示波器探头的接地夹,使用接地环测量,是为了减少干扰。很多部门没有接地环,如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。 还有一点是要使用50?终端。横河示波器的资料上介绍说,50?模块是除去DC 成分,精确测量AC成分。但是很少有示波器配这种专门的探头,大多数情况是使用标配100K?到10M?的探头测量,影响暂时不清楚。 上面是测量开关纹波时基本的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50?同轴电缆方式测量。 在测量高频噪声时,使用示波器的全通带,一般为几百兆到GHz级别。其他与上述相同。可能不同的公司有不同的测试方法。归根到底第一要清楚自己的测试结果。第二要得到客户认可, 关于示波器: 有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因,无法正确的测量出纹波。这时应更换示波器。这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽只有几十兆,但表现要比数字示波器好。 泰克公司有专门分开测量上述两种纹波(噪声)的软件,可以看一下参考资料5。同样,关于示波器的接地,电源测试的相关知识,也可以看一下。 开关电源纹波的抑制 对于开关纹波,理论上和实际上都是一定存在的。 通常抑制或减少它的做法有三种: 1,加大电感和输出电容滤波 根据开关电源的公式,电感内电流波动大小和电感值成反比,输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。

开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法

开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法 关键字:噪声纹波开关电源 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。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。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。 噪声的产生原因有两种,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。 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,也称为开关噪声。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。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。 由于开关电源的品种繁多(有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等),但是各生产厂家都采用示波器测量法,仅测量装置上不完全相同,因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准,即企业标准。 用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。它由被测开关电源、负载、示波器及测量连线组成。有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。

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