開關(guān)電源輸出紋波產(chǎn)生原因與解決方法
1、低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關(guān).電容的容量不可能無限制地增加,導(dǎo)致輸出低頻紋波的殘留.交流紋波經(jīng)DC/DC變換器衰減后,在開關(guān)電源輸出端表現(xiàn)為低頻噪聲,其大小由DC/DC變換器的變比和控制系統(tǒng)的增益決定.電流型控制DC / DC變換器的紋波抑制比電壓型稍有提高.但其輸出端的低頻交流紋波仍較大.若要實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的低紋波輸出,則必須對低頻電源紋波采取濾波措施.可采用前級預(yù)穩(wěn)壓和增大DC / DC變換器閉環(huán)增益來消除.
低頻紋波抑制的幾種常用的方法:
a、加大輸出低頻濾波的電感,電容參數(shù),使低頻紋波降低到所需的指標(biāo).
b、采用前饋控制方法,降低低頻紋波分量.
2、高頻紋波噪聲來源于高頻功率開關(guān)變換電路,在電路中,通過功率器件對輸入直流電壓進(jìn)行高頻開關(guān)變換而后整流濾波再實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的,在其輸出端含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波,其對外電路的影響大小主要和開關(guān)電源的變換頻率、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān),設(shè)計(jì)中盡量提高功率變換器的工作頻率,可以減少對高頻開關(guān)紋波的濾波要求.
高頻紋波抑制的目的是給高頻紋波提供通路,常用的方法有以下幾種:
a、提高開關(guān)電源工作頻率,以提高高頻紋波頻率,有利于抑制輸出高頻紋波
b、加大輸出高頻濾波器,可以抑制輸出高頻紋波.
C、采用多級濾波.
3、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,因此當(dāng)矩形波電壓作用于功率器件時,開關(guān)電源的輸出端因此會產(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.
共模紋波噪聲的常用方法:
a、輸出采用專門設(shè)計(jì)的EMI濾波器.
b、降低開關(guān)毛刺幅度.
4、超高頻諧振噪聲主要來源于高頻整流二極管反向恢復(fù)時二極管結(jié)電容、功率器件開關(guān)時功率器件結(jié)電容與線路寄生電感的諧振,頻率一般為1-10MHz,通過選用軟恢復(fù)特性二極管、結(jié)電容小的開關(guān)管和減少布線長度等措施可以減少超高頻諧振噪聲.
開關(guān)電源都需對輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)控制,調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)的不適當(dāng)也會引起紋波.當(dāng)輸出端波動時通過反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入調(diào)節(jié)器回路,可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的自激振蕩,引起附加紋波.此紋波電壓一般沒有固定的頻率.
在開關(guān)直流電源中,往往因調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇不適當(dāng)會引起輸出紋波的增大.
這部分紋波可通過以下方法進(jìn)行抑制:
a、在調(diào)節(jié)器輸出增加對地的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償可抑制調(diào)節(jié)器自激引起的紋波增大.
b、合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)和閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù),開環(huán)放大倍數(shù)過大有時會引起調(diào)節(jié)器的振蕩或自激,使輸出紋彼含量增加,過小的開環(huán)放大倍數(shù)使輸出電壓穩(wěn)定性變差及紋波含量增加.所以調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)及閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)要合理選取,調(diào)試中要根據(jù)負(fù)載狀況進(jìn)行調(diào)節(jié).
c、在反饋通道中不增加純滯后濾波環(huán)節(jié).使延時滯后降到最小.以增加閉環(huán)調(diào)節(jié)的快速性和及時性,對抑制輸出電壓紋波是有益的。
低頻紋波抑制的幾種常用的方法:
a、加大輸出低頻濾波的電感,電容參數(shù),使低頻紋波降低到所需的指標(biāo).
b、采用前饋控制方法,降低低頻紋波分量.
2、高頻紋波噪聲來源于高頻功率開關(guān)變換電路,在電路中,通過功率器件對輸入直流電壓進(jìn)行高頻開關(guān)變換而后整流濾波再實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的,在其輸出端含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波,其對外電路的影響大小主要和開關(guān)電源的變換頻率、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān),設(shè)計(jì)中盡量提高功率變換器的工作頻率,可以減少對高頻開關(guān)紋波的濾波要求.
高頻紋波抑制的目的是給高頻紋波提供通路,常用的方法有以下幾種:
a、提高開關(guān)電源工作頻率,以提高高頻紋波頻率,有利于抑制輸出高頻紋波
b、加大輸出高頻濾波器,可以抑制輸出高頻紋波.
C、采用多級濾波.
3、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,因此當(dāng)矩形波電壓作用于功率器件時,開關(guān)電源的輸出端因此會產(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.
共模紋波噪聲的常用方法:
a、輸出采用專門設(shè)計(jì)的EMI濾波器.
b、降低開關(guān)毛刺幅度.
4、超高頻諧振噪聲主要來源于高頻整流二極管反向恢復(fù)時二極管結(jié)電容、功率器件開關(guān)時功率器件結(jié)電容與線路寄生電感的諧振,頻率一般為1-10MHz,通過選用軟恢復(fù)特性二極管、結(jié)電容小的開關(guān)管和減少布線長度等措施可以減少超高頻諧振噪聲.
開關(guān)電源都需對輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)控制,調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)的不適當(dāng)也會引起紋波.當(dāng)輸出端波動時通過反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入調(diào)節(jié)器回路,可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的自激振蕩,引起附加紋波.此紋波電壓一般沒有固定的頻率.
在開關(guān)直流電源中,往往因調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇不適當(dāng)會引起輸出紋波的增大.
這部分紋波可通過以下方法進(jìn)行抑制:
a、在調(diào)節(jié)器輸出增加對地的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償可抑制調(diào)節(jié)器自激引起的紋波增大.
b、合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)和閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù),開環(huán)放大倍數(shù)過大有時會引起調(diào)節(jié)器的振蕩或自激,使輸出紋彼含量增加,過小的開環(huán)放大倍數(shù)使輸出電壓穩(wěn)定性變差及紋波含量增加.所以調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)及閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)要合理選取,調(diào)試中要根據(jù)負(fù)載狀況進(jìn)行調(diào)節(jié).
c、在反饋通道中不增加純滯后濾波環(huán)節(jié).使延時滯后降到最小.以增加閉環(huán)調(diào)節(jié)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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