DC-DC电源中的纹波抑制设计
BUCK型DCDC开关电源芯片的设计与实现
BUCK型DCDC开关电源芯片的设计与实现一、Buck型DC-DC开关电源的原理Buck型DC-DC开关电源采用PWM（脉宽调制）技术实现降压功率转换。
其基本原理是通过开关管（MOSFET）的开关控制，使电源源电压经过电感产生瞬间高压脉冲，然后经过二极管和电容进行滤波，从而得到较低的输出电压。
1.选取合适的芯片2.电路设计在电路设计中，需要考虑以下关键元件：（1）开关管（MOSFET）：选择合适的MOSFET型号，使其能够承受输入电压和输出电流，并具有低导通压降和低开关损耗。
（2）电感：选择合适的电感器件，使其具有足够的电感值，以满足电路的输出电流要求，同时要考虑其饱和电流和电流纹波等参数。
（3）二极管：选用具有较高效率和低电压降的二极管，以减小功率损耗。
（4）滤波电容：选择适当的电容容值和工作电压，以保证输出电压的稳定性和滤波效果。
3.控制电路设计（1）比较器：用于比较输出电压反馈和参考电压，生成PWM信号。
（2）误差放大器：通过调节反馈电压和参考电压之间的差值，实现输出电压的稳定控制。
（3）反馈电路：将输出电压反馈给误差放大器，使其可以实时调节PWM信号。
4.输出过压保护与过流保护为了确保开关电源在异常工作条件下能够保持安全可靠的操作，需要添加过压保护和过流保护电路。
过压保护电路通常通过监测输出电压，当输出电压超过设定阈值时，立即切断开关管的导通。
过流保护电路通过监测输出电流，当输出电流超过设定阈值时，同样会切断开关管的导通。
5.PCB布局与散热设计在设计过程中，需要合理布局电路元件，以减小元件之间的相互干扰，并降低热量产生。
合理进行散热设计，确保开关管和散热器的有效散热，以保证开关电源的稳定工作。
三、BUCK型DC-DC开关电源的测试与调试完成电路设计后，需要进行测试和调试来验证设计的正确性和可靠性。
主要包括以下测试：（1）输入电压测试：测试开关电源在不同输入电压下的输出电压和效率。
（2）输出电压稳定性测试：测试开关电源在稳定工作状态下，输出电压随负载变化的情况。
反激式DC-DC变换器噪声和纹波的抑制
燎 ｌ 救 目 技 术
应 用研 究
反激式 Ｄ Ｃ — ＤＣ变换器噪声和纹波的抑制
吉 振 云
（ 陕西金 山电器有限公 司 陕西成 阳 ７ １ ２ ０ ２ １ ）
摘 要： 本文 简要地 介绍 了 反 激 式ＤＣ － ＤＣ ￣换 器工作原 理， 主要 分析 了反 激式ＤＣ — Ｄｃ变换器 中纹波和 噪声产 生的原 因， 并提 出 了相应 的抑制方
， 高的 电压变化率ｄ ｖ ／ ｄ ｔ ， 会产生杂讯 电压为其杂讯源 。 又因切换 反激 式ＤＣ — ＤＣ 变换器 因其结 构简 单， 在电路上 较正激式省掉 关） 了一 个体积较大的 电感和一个续流二极管 ， 同时具有输 出稳定 ， 输 动作的波形为方 波， 而方波含有很多高次谐波 ， 因而频谱很宽 。 （ ２ ） 由 出效率较高等优点而在 中小功率 电源模 块中得到广泛的应用 ， 但由 于开关 电晶体的非线性及二极管的反 向恢 复特性 ， 电流作快速的非
于反激式变换器的 电流纹波和噪声较大， 而纹波和噪声存在降低 电 线性变化（ ｃ Ｕ ／ ｄ ｔ ） ， 引起杂讯 。 产生纹波和 噪声的主要元件是会产生高 源的效率 ， 影响 电器设备正常工作等危害 。 如何 降低 反激 式变 换器 的电压变化率（ ｄ ｒ ／ ｄ ｒ ） 的开关管和高的 电流变化率（ ｃ Ｕ ／ ｄ ｔ ） 的整流二极
释放到 负载和） 发生振荡。 但此时 电感 主要为励磁 电感 ， 因此漏感和引线 电感对振铃２ 的影响较小 ， 振荡频率较低 ， 产生 的干扰较小。 整流二极管正 向导通时 ， Ｐ Ｎ结 内的电荷被积累 ， 当二极 管承受 开 关电源纹波和 噪声产 生有两方面 的原 因 ： （ １ ） 开 关 电源的工 反 向电压时 ， Ｐ Ｎ结 内积累的 电荷将释放并形成一个反 向恢复电流， 作频 率很高 ， ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ （ 或双 极晶体管） 开 关管因快速切换动作（ 开或 它恢复到零点的时间与结 电容等因素有关 。 反向恢复 电流在变压器
DC-DC电路设计介绍
3.1 直流PWM控制技术基础
3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念
iS
T US与断开
基本的直流变换电路
iS
io
（2）开关管T断开时， R两端电压 uo=0
T US
uo R
开关管IGBT断开控制：
开关管T断开等效电路 UG=0
3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念
假设条件：
1、器件是理想的（不考虑开关时间、导通压降等） 2、输出滤波电容较大，输出电压基本平直
2 主要波形—电感电流连续情形
降压电路
uG>0
uG=0
T导通等效电路
电感电流连续情形： iL>0
T断开等效电路
2 主要波形—电感电流连续情形
+ uL -
uG
+
uo
-
uL
T导通等效电路
数学模型:
Us uC
重点：电路结构、工作原理及主要数量关系
第3章 DC/DC变换电路
直流变换—将直流电能(DC)转换成另一 固定电压或电压可调的直流电能。
直流变换电路—完成直流变换的电路。
直流变换器—实现直流变换的装置。
3.1 直流PWM控制技术基础
3.1.1 直流变换的基本原理及PWM概念
直流变换问题的提出
直流供电电压一定，而负载需要不同电压 直流调速：需要可变的直流电压 直流升压：太阳能电池输出电压较低，需要
uL
tcon
数学模型:
US uC
t
uC
uL
L
d iL dt
uC
初值条件
iL
iC
C
d uC dt
iL
uC R
电源纹波的测量和抑制
图1 探头和地线形成的环路图2 安装接地弹簧针的探头
图3 电源纹波测试连接框图
压。
纹波系数是评价直流电源稳定纯净输出的重要指标
图6 共模滤波法的电路图图4 无滤波电路的输出电压纹波图5 在电源输出端加载电容滤
波器后的电压纹波
图9 在电源输出端电源接线上穿绕铁氧体磁环滤波后的电压图10 在电源输出端加组合滤波后的电压纹波
图7 在电源输出端加共模滤波器后的电压纹波图8 在电源输出端电源接线上穿绕铁氧体磁环滤波
方案仿真：
行数据分别与第（n-1）行数图8-1 盲元校正前的成像 图8-2盲元校正后的图像
到[1] Shen X Q, M a tsuhata H, Okumu ra H. Reduction of the threading dis- location density in GaN films grown on vic-Inal sapphire ( 0001) substrates[ J]. App.l Phys. Lett. ,2005, 86: 021912 -。
电源冗余、纹波、动态负载的设计考虑
电源冗余、纹波、动态负载的设计考虑刘广缘：大家好！欢迎大家早上来参加电子元件技术网和我爱方案网联合举办的这新型节能技术研讨会，我是怀格公司的刘广缘，怀格公司做一些高新电源模块，高功率密度、很精良的电源模块。
怀格公司有一个子公司，叫Picor。
Picor 是专门做芯片的，就是电源周边应用的必要器件，今天我们要讲的就是其中的一个在输出端很重要的芯片，就是“冷或门”功能管。
这节课题主要是关于输出端需要注意的情况，会主要讲或门二极管，也会跟大家探讨动态负载及纹波课题。
需要”冗余”是因为对负载的供电需要很好、可靠的供电，不允许供电出现任何错误，但器件不可能不坏，就会要求要有冗余，需要备份，需要至少两台电源、两组输出但并在一起来供电。
一组出现故障，一组还可以正常操作，这就是冗余的概念。
这必须要用上或门二极管，比方有几个电源对负载供电，如果要冗余大家各自要串一个二极管，这个二极管现在已有更好的器件代替，那就是Cool-ORing，就是“冷或门”。
图上这个冗余电源，一个从主电源来的，一个是电池过来，如果有一个出故障，另外一个还可以操作。
另外这张图表示N 1的均流冗余系统。
这个图（原文地址：/public/seminar）上的情况就是正常操作的时候，二极管全面导通，就像没有作用一样，负载电流是三个电源，就是三个电源加起来、共起来的总电流，这是正常操作的情况。
万一有一个电源坏掉了，如果没有二极管隔离，那就可能把负载拉低，不能对负载供电。
比如这里出现输出短路，把整个输出短路，没办法对负载供电，这就需要二极管。
如果发生什么故障的时候，二极管就能避免刚才发生把负载短路的情况。
虽然应用简单，可提供足够的系统故障保护，但在正常工作状态下却有很多缺点。
一般的二极管有0.45V的压降，而且体积比较大。
那什么是有源或门？就是用场效应管代替二极管的功能，他们的导通电阻很低，用场效应管代替二极管，功耗可以小十倍。
这里有一个非常重要的概念,场效应管是双向导通的器件，所以用起来如果要达到二极管的功能，就有一个很重要的情况，就是发生故障的时候要关得很快速，这是一个重点。
DCDC开关电源的设计
引言随着电子技术的飞速发展，现代电子测量装置往往需要负电源为其内部的集成电路芯片与传感器供电。
如集成运算放大器、电压比较器、霍尔传感器等。
负电源的好坏很大程度上影响电子测量装置运行的性能，严重的话会使测量的数据大大偏离预期。
目前，电子测量装置的负电源通常采用抗干扰能力强，效率高的开关电源供电方式。
以往的隔离开关电源技术通过变压器实现负电压的输出，但这会增大负电源的体积以及电路的复杂性。
而随着越来越多专用集成DC/DC控制芯片的出现，使得电路简单、体积小的非隔离负电压开关电源在电子测量装置中得到了越来越广泛的应用。
因此，对非隔离负电压开关电源的研究具有很高的实用价值。
传统的非隔离负电压开关电源的电路拓扑有以下两种，如图1、图2所示。
图3是其滤波输出电容的充电电流波形。
由图3可见，采用图2结构的可获得输出纹波更小的负电压电源，并且在相同电感峰值电流的情况下其带负载能力更强。
由于图2的开关器件要接在电源的负极，这会使得其控制电路会比图1来得复杂，因此在市场也没有实现图2电路结构（类似于线性稳压电源调节芯片7915功能）的负电压开关电源控制芯片。
为了弥补现有非隔离负电压开关电源技术的不足，以获得一种带负载能力强、输出纹波小的非隔离负电压开关电源，本文提出一种采用Boost开关电源控制芯片LT1935及分立元件实现了图2所示原理的基于峰值电流控制的新型非隔离负电压DC/DC开关电源。
图1 传统的非隔离负电压开关电源电路结构1图2 传统的非隔离负电压开关电源电路结构2图3 两种开关电源滤波电容的充电电流波形1 工作原理分析本文设计的非隔离负电压DC/DC开关电源如图4所示，负电源工作在连续电流模式。
当电源控制器LT1935内部的功率三极管导通时，直流电源给输出电感L1和输出电容C1充电。
当电源控制器LT1935内部的功率三极管关断时，输出电感L1中的电流改由通过肖特基二极管VD1提供的低阻抗回路继续给输出电容C1充电直至下一个周期电源控制器LT1935内部的功率三极管再次导通。
一种超低输出纹波DCDC电源的设计
电力电子Pow er Electronic电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering 一种超低输出纹波D C/D C电源的设计刘林王多笑金阳(中国电子科技集团公司第四十三研究所安徽省合肥市230088 )摘要：本文介绍了一种超低输出纹波电压DC/D C电源的设计，详述了电路拓扑结构的设计、超低输出纹波电压的设计和辅路抗过栽 设计等，该电路具有超低输出纹波和转换效率高的优点可以应用于各种对电源噪声敏感并对功耗要求高的场合。
关键词：DC/D C电源；超低输出纹波；启动过冲1引言目前在数字逻辑电路、图像处理电路等对噪声比较敏感的电路中通常采用噪声电压较低的线性电源进行供电，但是线性电源存在转换效率低的缺点。
随着电子系统小型化的发展，电子系统对超低输出纹波噪声且高转换效率的开关电源有着越来越强烈的需求。
本文中设计的超低输出纹波D C/D C电源同时具有超低输出纹波电压和高转换效率两种优点，为整机系统的小型化及更新换代提供了高可靠、高纯净的二次电源。
2电路方案设计本文所要完成的电路基本要求是：(1)输入电压：18V;(2)输出直流电压：+5V;(3)输出功率：7.5W:(4)输出纹波电压：S l O m V;(5)输入与输出相互之间隔离。
2.1电路拓扑结构的设计电路选择了相对简单的反激式电路拓扑结构。
反激式拓扑结构电路简单，所需的元器件较少，主要适用于中小功率电源电路。
且反激电路作为成熟技术，可以有效地保证电路的可靠性。
电路原理框图如图1所示：采用单端反激式结构，由高频变压器、功率开关管、脉宽调制单元（P W M)、整流电路、滤波电路、取样比较电路、光耦隔离电路等电路组成。
2.2超低输出纹波电压的设计如果电路的输出纹波电压较大，会对输出端后级的负载产生影响，产生不必要的干扰。
目前常规D C/D C电源的纹波电压一般要求达到50m V以下即可，而本电路要求在带宽输出纹波电压低于10m V，对输出纹波要求很高，因此电路针对输出纹波电压进行了优化，具体优化措施如下：(1)优化次级整流滤波电路的版图布局，减少走线长度，增 大地线宽度；(2)优化变压器走线方向，减少变压器抽头的长度；(3)如图2所示在输出端设计了差模和共模滤波相结合的滤 波电路，减少纹波电压。
电源纹波的产生、危害、测量和抑制
1 引言对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源，但是它除了提供能量外，也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。
纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响，在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波.为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。
2 电源纹波纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。
狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分.纹波用示波器可以看到,在直流电压上下轻微波动,就像水平面上波动的水纹一样，所以被称为纹波（见图1）。
图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形2。
1 电源纹波产生我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类,输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压后得到.由于滤波不干净，直流电压中含有交流成分，这就产生了纹波.纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅不是定值,随时间而变，不同电源的纹波波形不一样。
产生电源纹波的因素有许多，即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。
线性电源由于我国供电频率是50Hz，所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器，纹波电压的频率常常是50nHz,n取自然数，大小取决于整流电路的类型。
对于半波整流,是1;对于全波整流,是2;对于三相全波整流,是6,即300Hz。
所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ或它的整数倍，幅值小，较易滤除，通常纹波可做到几mV。
如假定整流桥输出负载电流IL，负载电压VL，整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f，则其输出的纹波电压由表1各式计算.表1 整流纹波电压采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压，一般表示为：△U＝ILsin2wt／（2wC) （1）从式（1)中可以看出，纹波频率为输人频率的两倍,其幅值正比于变换器的输出电流，反比于输人电压频率和平滑电容的大小。
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DC／DC电源中的纹波抑制设计摘要：介绍了一种有效抑制纹波的实现方法。
并用实验结果表明，采用文中的方案可对DC／DC电源的输出纹波进行有效的抑制，可以改善供电设备的稳定性。
关键词：纹波；滤波器；LC；电源
0 引言
开关电源以其体积小、效率高等优点在通信设备中得到了广泛应用。
但对于输出电压纹波要求较小的场合，传统开关电源设计的输出电压纹波较大，已不能达到设计要求。
而通过采用本文的有源滤波器及其前端加入LC低通滤波器网络的方法，则能够对纹波进行有效抑制，从而达到设计所需要的指标。
实验结果表明，该方法具有一定的理论与实际意义。
1 有源滤波器原理
有源滤波器的设计原理图如图1所示，图中采用了一个运算放大器、四个电阻和两个电容来构成有适当阻尼的二阶有源低通滤波器。
利用理想运放的分析方法，求得该电路的频率特性函数为：
一般情况下，根据二阶低通滤波器的频率特性函数为：
通过上式可以求出该有源滤波器的一些参数，如自然角频率ωn阻尼系数ξ和闭环增益Avf等：
由上面的公式可以推得二阶低通滤波器的幅频特性Avf(ω)和相频特性φf(ω)为：
图2所示是其幅频特性与相频特性图。
2 LC低通滤波器
在实际应用中，有源低通滤波器由于受到运算放大器的增益和带宽限制，其工作在高频段的波形效果不太理想，而在有源低通滤波器的前端加入截止频率较高的LC低通滤波器，则可以达到比较理想的纹波抑制效果。
其前端加入LC的滤波器原理图如图3所示。
3 实验结果及其波形
在有输出纹波的波形中，图4给出了未使用有源滤波网络的输出电压纹波图，而图5所示则是使用有源滤波网络后的输出电压纹波图。
4 结束语
通过对比可以看出，采用本文的有源滤波网络及在其前端加入LC低通滤波电路，可以有效的滤除电压纹波，达到方案中所要求的技术指标，同时，供电设备的工作稳定性也可得到可靠保证。