开关电源纹波产生的机理和解决方案

  浏览量2024-05-20 作者: 安博体育官方网站下载

  的工作模式是把电网电压全波整流变为直流电,经高频开关变换由开关变压器隔离并升、降压,经高频整流滤波后以直流电输出。开关电源输出纹波主要来自于五个方面:输入低频纹波、高频纹波、寄生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。

  低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。由于开关电源体积的限制,电解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,该输出纹波频率随整流电路方式的不同而不同。

  一般的开关电源由AC/DC和DC/DC两部分所组成。AC/DC的基本结构为整流滤波电路,它输出的直流电压中含有交流低频纹波,其频率为输入交流电源频率的二倍,幅值与电源输出功率及滤波电容容量有关,一般控制在10%以内。该交流纹波经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管理系统的增益决定。例如:对普通24V电源来说,电压型控制DC/DC变换器的纹波抑制比一般为45~50dB,其输出端的低频交流纹波有效值为60~120mV。电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比稍有提高,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。

  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,能够大大减少对高频开关纹波的滤波要求。

  由于功率器件与散热器底板与变压器原、副边之间有寄生电容,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嗓声。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。

  超高频谐振噪声主要来自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能够大大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,可能会引起调节器的自激振荡,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办法来进行抑制。

  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做调节。

  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与及时性,对抑制输出电压纹波是有益的。

  ? /

  及设计方法 /

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  ,大范围的应用于电子设备中,它的一大优点是能够将输入电压转换成稳定的直流输出电压,但

  输出直流电中所包含的交流成分,通常以直流电的峰值值为100%,将交流成分的峰值按百分比表示,就是

  是一种能够将交流电压转换为直流电压的电器设备,广泛应用于电子设备、计算机和通信设施等领域。它的优点包括效率高、尺寸小、负载能力强等,但是与此同时

  分析 /

  、测量及抑制 /

  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

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