你的位置:首頁(yè) > EMC安規(guī) > 正文
理解輸出電壓紋波和噪聲一:輸出電壓紋波來(lái)源和抑制
發(fā)布時(shí)間:2020-09-11 來(lái)源:Yuan Tan 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】醫(yī)療設(shè)備、測(cè)試測(cè)量?jī)x器等很多應(yīng)用對(duì)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(chǎn)生機(jī)制以及測(cè)量技術(shù)是優(yōu)化改進(jìn)電路性能的基礎(chǔ)。
第一部分:輸出電壓紋波
以Buck電路為例,由于寄生參數(shù)的影響,實(shí)際Buck電路的輸出電壓并非是穩(wěn)定干凈的直流電壓,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。
圖1. Buck 輸出電壓紋波和噪聲
實(shí)際輸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(guò)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
圖2. 輸出電壓紋波的組成
不同類型的輸出電容,寄生參數(shù)的大小不同,三部分紋波所占的比例也有所不同。因此,使用不同類型的輸出電容會(huì)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(dǎo),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(dǎo),紋波類似電容的充放電曲線。OSCON電容三者的影響都體現(xiàn)在紋波中。
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(cè)量
在測(cè)量輸出電壓紋波時(shí),要注意如下幾點(diǎn),正確方式如圖4所示。
1. 保證接地環(huán)路盡可能小,建議使用接地環(huán)
2. 探頭應(yīng)靠近電容兩側(cè)
3. 避免同時(shí)使用示波器其他通道測(cè)試其他點(diǎn)位的波形
4. 如果只關(guān)注開關(guān)頻率分量紋波,建議打開示波器帶寬限制
如圖5所示,左側(cè)波形同時(shí)測(cè)量開關(guān)節(jié)點(diǎn)和輸出電壓紋波,帶寬限制關(guān)閉。可以看到,輸出電壓紋波中的噪聲較大,影響紋波的測(cè)量。
圖4. 輸出電壓紋波測(cè)試方式
圖5. 輸出電壓紋波測(cè)試對(duì)比
第三部分:輸出電壓紋波的抑制
由以上分析可知,輸出電壓紋波由電感紋波電流和輸出電容阻抗決定(式1)。
因此,要降低輸出電壓紋波可以通過(guò)降低電感電流紋波或者降低輸出電容阻抗。 當(dāng)輸入輸出電壓和負(fù)載一定時(shí),電感電流的紋波跟開關(guān)頻率和電感量成反比。增加電感量或者開關(guān)頻率可以有效降低輸出電壓的紋波,但開關(guān)頻率和電感往往受到電路效率和體積等的限制。
當(dāng)開關(guān)頻率和電感值一定時(shí), 抑制紋波電壓最有效的方式是減小輸出電容在開關(guān)頻率處的輸出阻抗。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中,通常會(huì)并聯(lián)多種不同的輸出電容來(lái)獲得足夠的容量并降低輸出電壓紋波,如圖6所示。由式(2)-(5)可以計(jì)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(guān)頻率,通過(guò)式(3)可得到開關(guān)頻率處的阻抗,也就可以得到輸出電壓紋波。但是,當(dāng)輸出電容數(shù)量較多時(shí),計(jì)算會(huì)變得很復(fù)雜。簡(jiǎn)單有效的方式可以借助Excel 工具,如圖6所示。
圖6. 多個(gè)輸出電容并聯(lián)
圖7. 輸出電壓紋波計(jì)算工具
若選擇合適的電容仍然無(wú)法滿足紋波的要求,可以增加第二級(jí)LC 濾波器來(lái)進(jìn)一步降低輸出電壓紋波, 如圖8所示。
圖8. Buck 電路第二級(jí)LC濾波器
第二級(jí)LC濾波器提供額外的增益衰減,但同時(shí)高品質(zhì)因素Q值也會(huì)導(dǎo)致相位裕度降低,甚至導(dǎo)致環(huán)路穩(wěn)定性問(wèn)題,如圖9所示。為保證環(huán)路穩(wěn)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。
圖9. Buck兩級(jí)濾波波特圖
圖10. LMZM23601 兩級(jí)濾波
圖11. LMZ23601 兩級(jí)濾波輸出電壓紋波
綜上所述,理解輸出電壓紋波的形成原理,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求,針對(duì)性地優(yōu)化電感值、開關(guān)頻率以及輸出電容,可有效降低輸出電壓紋波,滿足應(yīng)用需求。
推薦閱讀:
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線開發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來(lái)更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 觸摸式OLED顯示屏有望重新定義汽車用戶界面
- 用Python自動(dòng)化雙脈沖測(cè)試
- 揭秘電動(dòng)汽車中直流鏈路電容器的奧秘(上)
- 實(shí)現(xiàn)不間斷能源的智能備用電池第四部分:BBU架的操作
- 利用 T&M 解決方案加速電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
SPANSION
SRAM
SSD
ST
ST-ERICSSON
Sunlord
SynQor
s端子線
Taiyo Yuden
TDK-EPC
TD-SCDMA功放
TD-SCDMA基帶
TE
Tektronix
Thunderbolt
TI
TOREX
TTI
TVS
UPS電源
USB3.0
USB 3.0主控芯片
USB傳輸速度
usb存儲(chǔ)器
USB連接器
VGA連接器
Vishay
WCDMA功放
WCDMA基帶
Wi-Fi