紋波噪聲是衡量電源的一個重要指標(biāo),但有多少人知道紋波和噪聲其實是兩個性能指標(biāo),降低紋波和噪聲的方法是有一定區(qū)別的,本文將與大家一起探索如何降低紋波和噪聲。
一、紋波和噪聲是如何產(chǎn)生的
如下圖1所示,藍線框內(nèi)的是紋波,而藍線框外的是噪聲,紋波和噪聲雖然都體現(xiàn)在一個波形上,但所屬不同的部分。
紋波的產(chǎn)生是由于開關(guān)電源在向輸出端傳遞不連續(xù)能量而引起的波動,該波動的頻率為開關(guān)管的頻率,幅值的大小與設(shè)計時的電流紋波率及輸出濾波電容有關(guān)。而噪聲的產(chǎn)生主要是開關(guān)管在導(dǎo)通或關(guān)端瞬間,由其電路中或器件上寄生的電感與電容引起的振鈴現(xiàn)象,噪聲放大以后頻率較高,幅值也較大。
圖1
二、如何減小紋波
紋波的產(chǎn)生是由開關(guān)傳遞斷續(xù)的能量引起的,從開關(guān)電源的內(nèi)部設(shè)計來著手,可以提高開關(guān)管的頻率,使每次傳遞的能量減小從而減小紋波,也可以增大傳遞能量的電感值L,使電流的突變峰值降低,從而減小紋波的波動幅度。
從模塊外部,尤其是在客戶端,可以增加輸出濾波電容來減小紋波,但不能無限加大電容,因為大多數(shù)開關(guān)電源模塊有最大容性負(fù)載限制。
三、如何減小噪聲
1、電源PCB走線和布局
輸出濾波電容放置及走線對噪聲至關(guān)重要,如圖2所示,傳統(tǒng)設(shè)計中由于到達每個電容的阻抗不一樣,所以高頻電流在三個電容中分配不均勻,改進設(shè)計中可以看出每個回路長度相當(dāng)即高頻電流會均勻分配到每個電容中,電流的輸入輸出路徑一定要先經(jīng)過電容,且布板的鋪銅盡量向電容兩極收斂。
圖2
如果PCB是多層板,可以選擇和主電流回路層最近一層覆地,覆地可以有效的解決噪聲問題,注意,盡量保證覆地的完整性。
2、電路吸收噪聲
增加RCD吸收開關(guān)管關(guān)斷時產(chǎn)生的電壓尖峰,來減小耦合到輸出端的噪聲。一般選擇場效應(yīng)管的反向恢復(fù)時間要比二極管D1慢2~3倍,以避免形成直通電流,此電流會產(chǎn)生很強的磁場,會增大輸出噪聲,所以可通過柵極電阻R4來減慢開關(guān)管的導(dǎo)通速度。為了不影響關(guān)斷速度可以在柵極電阻并聯(lián)一個二極管D2如圖3所示。
圖3
可以在場效應(yīng)管DS兩端并聯(lián)一個RC電路也可以有效的降低噪聲如圖3所示,電容C2一般在100PF~300PF左右,電容值過大會導(dǎo)致場效應(yīng)管的開關(guān)損耗加大,電阻R2一般選取小于10Ω電阻。
二極管在高速導(dǎo)通和關(guān)斷時,反向恢復(fù)期間,二極管的寄生電感和電容會產(chǎn)生高頻振蕩,為了抑制高頻振蕩可在二極管兩端加RC緩沖電路如圖3所示,電阻R3一般在1Ω~100Ω,電容C3一般在100pF~1nF,如果電源工作頻率較低,效率滿足要求的話,二極管D3可以選擇反向恢復(fù)時間較慢的二極管。
3、變壓器設(shè)計減小噪聲
變壓器的繞組通過高頻電流時,變壓器將變成有效的磁場天線,變壓器繞組又承受跳躍電壓,即變壓器也變成了電場天線,在初次級之間加法拉第屏蔽層可收集隔離邊界處的噪聲電流,并予以轉(zhuǎn)移到原邊地,但銅箔應(yīng)為非常薄的銅箔帶,盡量避免渦流損耗并減小漏感,注意,銅屏蔽層末端不應(yīng)有連接,否則會形成磁短路。
采用三明治繞法可使初次級繞組耦合更加緊密,使漏感得以減小,從而到達減小噪聲的目的,也可以用六面屏蔽金屬外殼減小對外的噪聲干擾。
總結(jié)
在設(shè)計電源時,有上述一些方法可降低輸出的紋波噪聲,當(dāng)然不是全部方法;如果選用成品電源,不管是模塊電源、普通開關(guān)電源、電源適配器等,這部分的工作一般都由電源設(shè)計廠家完成,客戶只需關(guān)注規(guī)格書寫明的輸出紋波噪聲即可。如模塊電源,會標(biāo)出典型的紋波噪聲值,如E_UHBDD-10W系列,典型值為150mV VP-P。
電話:18923864027(同微信)
QQ:709211280
〈烜芯微/XXW〉專業(yè)制造二極管,三極管,MOS管,橋堆等,20年,工廠直銷省20%,上萬家電路電器生產(chǎn)企業(yè)選用,專業(yè)的工程師幫您穩(wěn)定好每一批產(chǎn)品,如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以直接聯(lián)系下方的聯(lián)系號碼或加QQ/微信,由我們的銷售經(jīng)理給您精準(zhǔn)的報價以及產(chǎn)品介紹