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開關(guān)電源輸出紋波的主要來源有輸入低高頻波紋噪音、共模波紋以及由功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪音和閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪音。要降低紋波,需要了解其種類和產(chǎn)生的原因,下面分析下它們的產(chǎn)生和抑制方法。
低頻紋波跟輸出電路的濾波電容容量相關(guān);因為電容容量是不可能無限增加,會導(dǎo)致輸出低頻紋波殘留。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,但其輸出端低頻交流紋波仍較大。若要實現(xiàn)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。
低頻紋波抑制的常用方法有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)。或采用前饋控制方法,可降低低頻紋波分量。
高頻紋波噪聲產(chǎn)生于高頻功率開關(guān)變換電路;開關(guān)電源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)變換后,整流濾波實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。在輸出端含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波,對外電路的影響大小和開關(guān)電源變換頻率及輸出濾波器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)有關(guān)。在電源設(shè)計中提高功率變換器的工作頻率,可減少對高頻紋波的濾波要求。
高頻紋波抑制的常用方法有提高開關(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。加大輸出高頻濾波器,或采用多級濾波,也可以抑制輸出高頻紋波。
超高頻諧振噪聲主要產(chǎn)生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。可以通過選用軟恢復(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來減少。
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)計的不適當(dāng)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)器回路會導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的自激振蕩,從而引起附加紋波。在直流開關(guān)電源中,因調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇不當(dāng)引起的輸出紋波增大,抑制的常用方法有以下三點:
1、在調(diào)節(jié)器輸出增加對地的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),可抑制調(diào)節(jié)器自激引起的紋波增大。
2、合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)及開環(huán)放大倍數(shù),開環(huán)放大倍數(shù)過大會引起調(diào)節(jié)器的振蕩或自激,導(dǎo)致輸出紋彼含量增加。而過小的開環(huán)放大倍數(shù)會使輸出電壓穩(wěn)定性變差和紋波含量增加,因此調(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。
3、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,可以增加閉環(huán)調(diào)節(jié)的快速性和及時性,有利于抑制輸出紋波。