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开关电源输出纹波的产生和抑制分析

开关电源输出纹波的产生和抑制分析

2018-08-31

    开关电源输出纹波的主要来源有输入低高频波纹噪音、共模波纹以及由功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪音和闭环调节控制引起的纹波噪音。要降低纹波,需要了解其种类和产生的原因,下面分析下它们的产生和抑制方法。

 

    低频纹波跟输出电路的滤波电容容量相关;因为电容容量是不可能无限增加,会导致输出低频纹波残留。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变换器变比和控制系统的增益决定。电流型控制DC-DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高,但其输出端低频交流纹波仍较大。若要实现低纹波输出,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。

 

    低频纹波抑制的常用方法有加大输出低频滤波的电感、电容参数,使低频纹波降低到所需的指标。或采用前馈控制方法,可降低低频纹波分量。

 

    高频纹波噪声产生于高频功率开关变换电路;开关电源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后,整流滤波实现稳压输出。在输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,对外电路的影响大小和开关电源变换频率及输出滤波器的结构、参数有关。在电源设计中提高功率变换器的工作频率,可减少对高频纹波的滤波要求。

 

    高频纹波抑制的常用方法有提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波。加大输出高频滤波器,或采用多级滤波,也可以抑制输出高频纹波。

 

    超高频谐振噪声主要产生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?梢酝ü∮萌砘指刺匦远、结电容小的开关管和减少布线长度等措施来减少。

 

    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会导致调节器的自激振荡,从而引起附加纹波。在直流开关电源中,因调节器参数选择不当引起的输出纹波增大,抑制的常用方法有以下三点:

 

1、在调节器输出增加对地的补偿网络,可抑制调节器自激引起的纹波增大。

2、合理选择闭环调节器的参数及开环放大倍数,开环放大倍数过大会引起调节器的振荡或自激,导致输出纹彼含量增加。而过小的开环放大倍数会使输出电压稳定性变差和纹波含量增加,因此调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取。

3、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,可以增加闭环调节的快速性和及时性,有利于抑制输出纹波。