電源紋波產(chǎn)生的原因和通常的解決方法

一、開(kāi)關(guān)電源的概念

習慣上,高頻開(kāi)關(guān)整流AC-DC和DC-DC改換器被稱(chēng)作開(kāi)關(guān)電源。因為其高作業(yè)頻率,帶來(lái)了設備的體積和重量的減小。因為開(kāi)關(guān)電源的改換效率高,能量損耗削減,下降了電源環(huán)境溫度,改善了作業(yè)人員的環(huán)境。作業(yè)性能的進(jìn)步。相對于相控電源來(lái)說(shuō),開(kāi)關(guān)電源不只節省能源,也節省了資料和體積。

開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品首要使用領(lǐng)域有計算機、通訊辦公設備、操控設備、電子儀器、電視、攝像機、電子游戲機等產(chǎn)品。在電腦、電子儀器和通訊系統中使用極為廣泛的開(kāi)關(guān)電源,在近半個(gè)世紀的開(kāi)展過(guò)程中,因具有輕、小、高效等優(yōu)點(diǎn)而逐步替代傳統的線(xiàn)性電源和相控電源,成為電子電源中的主流產(chǎn)品。

開(kāi)關(guān)電源開(kāi)展中一個(gè)永久的主題是完成電源的高頻率、高效率、小體積、低成本。高作業(yè)頻率,能夠進(jìn)步動(dòng)態(tài)呼應,也是削減體積和重量的重要途徑;高效率,削減熱損耗,完成高功率密度;小體積,削減變壓器,電感和電容的體積,一起還要統籌高可靠性和低成本。

二、開(kāi)關(guān)電源紋波發(fā)生的機理和解決方案

1、紋波發(fā)生的機理

慣例AC/DC,關(guān)電源的作業(yè)模式是把電網(wǎng)電壓全波整流變?yōu)橹绷麟,?jīng)高頻開(kāi)關(guān)改換由開(kāi)關(guān)變壓器阻隔并升、降壓,經(jīng)高頻二極管整流濾波后以直流電輸出。開(kāi)關(guān)電源輸出紋波首要來(lái)源于五個(gè)方面:輸入低頻紋波、高頻紋波、寄生參數引起的共模紋波噪聲、功率器材開(kāi)關(guān)過(guò)程中發(fā)生的超高頻諧振噪聲和閉環(huán)調理操控引起的紋波噪聲。

(1)低頻紋波

低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關(guān)。因為開(kāi)關(guān)電源體積的限制,電解電容的容量不可能無(wú)限制地添加,導致輸出低頻紋波的殘留,該輸出紋波頻率隨整流電路辦法的不同而不同。

一般的開(kāi)關(guān)電源由AC / DC和DC / DC兩部分組成。AC / DC的根本結構為整流濾波電路,它輸出的直流電壓中含有溝通低頻紋波,其頻率為輸入溝通電源頻率的二倍,幅值與電源輸出功率及濾波電容容量有關(guān),一般操控在10%以?xún)。該溝通紋波經(jīng)DC/DC改換器衰減后,在開(kāi)關(guān)電源輸出端表現為低頻噪聲,其巨細由DC/DC改換器的變比和操控系統的增益決議。例如:對一般24V電源來(lái)說(shuō),電壓型操控DC/DC改換器的紋波按捺比一般為45~50dB,其輸出端的低頻溝通紋波有效值為60~120mV。電流型操控DC / DC改換器的紋波按捺比稍有進(jìn)步,但其輸出端的低頻溝通紋波仍較大。若要完成開(kāi)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?蛇x用前級預穩壓和增大DC / DC改換器閉環(huán)增益來(lái)消除。

(2)高頻紋波

高頻紋波噪聲來(lái)源于高頻功率開(kāi)關(guān)改換電路,在電路中,經(jīng)過(guò)功率器材對輸入直流電壓進(jìn)行高頻開(kāi)關(guān)改換而后整流濾波再完成穩壓輸出的,在其輸出端含有與開(kāi)關(guān)作業(yè)頻率相同頻率的高頻紋波,其對外電路的影響巨細首要和開(kāi)關(guān)電源的改換頻率、輸出濾波器的結構和參數有關(guān),規劃中盡量進(jìn)步功率改換器的作業(yè)頻率,能夠削減對高頻開(kāi)關(guān)紋波的濾波要求。

(3)共模紋波噪聲

因為功率器材與散熱器底板和變壓器原、副邊之間存在寄生電容,導線(xiàn)存在寄生電感,因此當矩形波電壓作用于功率器材時(shí),開(kāi)關(guān)電源的輸出端因此會(huì )發(fā)生共模紋波嗓聲。減小與操控功率器材、變壓器與機殼地之間的寄生電容,并在輸出側加共模按捺電感及電容,可減小輸出的共模紋波噪聲。

(4)超高頻諧振噪聲

超高頻諧振噪聲首要來(lái)源于高頻整流二極管反向恢復時(shí)二極管結電容、功率器材開(kāi)關(guān)時(shí)功率器材結電容與線(xiàn)路寄生電感的諧振,頻率一般為1~10MHz,經(jīng)過(guò)選用軟恢復特性二極管、結電容小的開(kāi)關(guān)管和削減布線(xiàn)長(cháng)度等措施能夠削減超高頻諧振噪聲。

(5)閉環(huán)調理操控引起的紋波噪聲

開(kāi)關(guān)電源都需對輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)操控,調理器參數規劃的不適當也會(huì )引起紋波。當輸出端動(dòng)搖時(shí)經(jīng)過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò )進(jìn)入調理器回路,可能導致調理器的自激振蕩,引起附加紋波。此紋波電壓一般沒(méi)有固定的頻率。

2、按捺紋波的一般措施和辦法

(1)低頻紋波的按捺

低頻紋波按捺的幾種常用的辦法:

a、加大輸出低頻濾波的電感,電容參數,使低頻紋波下降到所需的目標。

b、選用前饋操控辦法,下降低頻紋波重量。

(2)高頻紋波的按捺

高頻紋波按捺的目的是給高頻紋波供給通路,常用的辦法有以下幾種:

a、進(jìn)步開(kāi)關(guān)電源作業(yè)頻率,以進(jìn)步高頻紋波頻率,有利于按捺輸出高頻紋波。

b、加大輸出高頻濾波器,能夠按捺輸出高頻紋波。

c、選用多級濾波。

(3)共模紋波噪聲的按捺

減小輸出共模紋波嗓聲的常用辦法:

a.輸出選用專(zhuān)門(mén)規劃的EMI濾波器

b.下降開(kāi)關(guān)毛刺起伏

(4)閉環(huán)調理器參數不適當引起的紋波按捺

在開(kāi)關(guān)直流電源中,往往因調理器參數挑選不適當會(huì )引起輸出紋波的增大,這部分紋波可經(jīng)過(guò)以下辦法進(jìn)行按捺。

a、在調理器輸出添加對地的補償網(wǎng)絡(luò ),調理器的補償可按捺調理器自激引起的紋波增大。

b、合理挑選閉環(huán)調理器的開(kāi)環(huán)擴大倍數和閉環(huán)調理器的參數,開(kāi)環(huán)擴大倍數過(guò)大有時(shí)會(huì )引起調理器的振蕩或自激,使輸出紋彼含量添加,過(guò)小的開(kāi)環(huán)擴大倍數使輸出電壓穩定性變差及紋波含量添加,所以調理器的開(kāi)環(huán)擴大倍數及閉環(huán)調理器的參數要合理選取,調試中要根據負載情況進(jìn)行調理。

c、在反饋通道中不添加純滯后濾波環(huán)節,使延時(shí)滯后降到最小,以添加閉環(huán)調理的快速性和及時(shí)性,對按捺輸出電壓紋波是有利的。


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