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                理解輸出電♂壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋ζ波來①源和抑制

                發布時間:2020-09-11 來源:Yuan Tan 責任編輯:wenwei

                【導讀】醫療設備、測試▅測量儀器等很多應用對電源的紋波和噪聲極其敏感。 理解輸出電壓★紋波】和噪聲的產生機制以及測量技術是不过一般人并不知道他優化改進電路性能的基礎。
                 
                第一部分:輸出電壓紋波
                 
                以Buck電路為例,由於寄生參數的影響,實際Buck電路的輸出電壓並非是穩定幹凈的直流電壓,而是在直流電♂壓上疊加了輸出電壓紋波和噪聲,如圖1所示。
                 
                理解輸出電壓紋波和噪聲々一:輸出電壓紋波來源和这个人抑制
                圖1. Buck 輸出電壓紋波和噪聲
                 
                實際輸反应与攻击速度出電壓紋波由電感電流與輸出阻』抗決定,由三部分組成,如圖2 所示。
                 
                1. 電感電流紋波通過輸出電容的寄生電阻ESR形成的壓降
                2. 輸出電容的充放電〓
                3. 寄生︽電感引起的電壓突變
                 
                理解輸Ψ 出電壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來这一带别墅大多有名字源和抑制
                圖2. 輸出電壓紋波的楼梯走去組成
                 
                不同類型的輸出電容「,寄生參數的大小不同,三部分紋波所占的比例也有所不同。因此,使用不同類型你还能站起来的輸出電容會得到不同波形的電㊣ 壓紋波。如圖3所示,電解電容的ESR較大,紋波由ESR主導,波形與電感電流紋波▆形狀類似。陶瓷電容的ESR和ESL都很小,主要由電容的充放電主導,紋波類似╲電容的充放電曲線。OSCON電容三者的影響都體現在紋波中。
                 
                理解輸出電壓ζ 紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                圖3. 不同類型〓輸出電容的電壓紋波
                 
                第二部分:輸出電壓紋波的測量
                 
                在測量輸№出電壓紋波時,要註意如下幾點,正確方式如圖4所示。
                 
                1. 保證接地環路盡你也去上课吧可能小,建議使用接地環卐
                2. 探頭應靠近電√容兩側
                3. 避免同時使用示波器其他通道測試其他點位的波※形
                4. 如果只關註開關頻率分量紋波,建議打開示波器帶寬限制
                 
                如圖5所示,左側波形还流淌着鸦片与罪恶同時測量開關節點和輸出電壓紋波,帶寬限制關閉。可以看到,輸出電壓紧接着一声清脆紋波中的噪聲較大,影響紋波卐的測量。
                 
                理解輸出電壓紋波和◢噪聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                圖4. 輸出電壓紋波測試方式
                 
                理解︻輸出電壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                圖5. 輸出電壓紋波測試對比
                 
                第三部分:輸出電壓紋波的抑制
                 
                由以上分析可知两条蛇,輸出電⊙壓紋波由電感紋波電流和輸出電容阻抗決定(式1)。
                 
                理解輸出電壓紋波和噪Ψ聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                 
                因此,要降低輸出電壓紋波可以通過降低電感電流紋波或者降低輸出電容阻抗。 當輸入輸出電壓和負載一定時,電感電流的紋波跟接着開關頻率和電感量成反比。增加電感量或者開關頻率可以有效降低輸出電壓的【紋波,但開關頻率和電感往往受到電路效率和體積「等的限制。
                 
                當開關頻率和電感值一定時, 抑制紋波電壓最○有效的方式是減小輸出電容在開關頻率處的輸出阻抗。在實←際應用場景中,通常會並聯多種不同的輸出電容來獲得足夠的容量並降低輸出電壓紋波,如圖6所示。由式(2)-(5)可以計因为算得到輸出電容的總阻抗以及等效的〖電阻和電容。若已知Buck電路的開關頻率,通過式(3)可得到開關頻率處的阻抗,也¤就可以得到輸出電壓紋波。但是,當輸出電容數量較多時,計算會變得很復雜。簡單有效的不过方式可以借助Excel 工具,如圖6所示。
                 
                理解輸出電壓紋波和噪聲一⌒:輸出電壓紋波來源和抑制
                圖6. 多☆個輸出電容並聯
                 
                理解輸出電壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                 
                理解輸出電壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                圖7. 輸出電壓紋波計算工具
                 
                若選老师擇合適的電容仍然無法滿足紋波的要求,可以增加第二級LC 濾波器來進一步态度降低輸出電壓紋波, 如圖8所示。
                 
                理解輸出電壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                圖8. Buck 電路第二級LC濾波器
                 
                第二級LC濾开了一瓶啤酒波器提供額外的增益衰減,但同時※高品質因素Q值也會導致相位裕度降㊣ 低,甚至導致環路穩定性問題,如圖9所示。為保證環路穩定,可以在L2兩端增加damp電阻,降低Q值。圖10以TI電源模塊LMZ23601為例 (Vin = 24V, Vout = 5V, Fsw = 750kHz, Iout = 1A),在輸出端增加↑160nH 電感, 3X22uF 電容, 250m? damp電阻,輸出電壓紋波<1mV。
                 
                理解輸出電壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                圖9. Buck兩級濾波波特圖
                 
                理解輸出電壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                圖10. LMZM23601 兩級濾波
                 
                理解輸出電壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來源和抑制
                圖11. LMZ23601 兩級濾波輸出◤電壓紋波
                 
                綜上所述,理解輸出電右手掌上壓紋波的形成原理,根據實際應用要求,針對性地優化電感值、開關頻率以及輸出電容,可有效□降低輸出電壓紋波,滿足應用需求。
                 
                 
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