0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

理解输出电压纹波和噪声(1):输出电压纹波来源和抑制

电子设计 来源:电子设计 作者:电子设计 2022-01-14 16:07 次阅读

Other Parts Discussed in Post: LMZM23601

作者: Yuan Tan

医疗设备、测试测量仪器等很多应用对电源的纹波和噪声极其敏感。 理解输出电压纹波和噪声的产生机制以及测量技术是优化改进电路性能的基础。

第一部分:输出电压纹波

以Buck电路为例,由于寄生参数的影响,实际Buck电路的输出电压并非是稳定干净的直流电压,而是在直流电压上叠加了输出电压纹波和噪声,如图1所示。

poYBAGGKTEeAA_2WAAPxqFjIjGs438.png

图1. Buck 输出电压纹波和噪声

实际输出电压纹波由电感电流与输出阻抗决定,由三部分组成,如图2 所示。

电感电流纹波通过输出电容的寄生电阻ESR形成的压降

输出电容的充放电

寄生电感引起的电压突变

pYYBAGGKTEiAIl-xAACcOgEQD9U885.png

图2. 输出电压纹波的组成

不同类型的输出电容,寄生参数的大小不同,三部分纹波所占的比例也有所不同。因此,使用不同类型的输出电容会得到不同波形的电压纹波。如图3所示,电解电容的ESR较大,纹波由ESR主导,波形与电感电流纹波形状类似。陶瓷电容的ESR和ESL都很小,主要由电容的充放电主导,纹波类似电容的充放电曲线。OSCON电容三者的影响都体现在纹波中。

poYBAGGKTEuAMM_ZAAjjNoiLUp4822.png

图3. 不同类型输出电容的电压纹波

第二部分:输出电压纹波的测量

在测量输出电压纹波时,要注意如下几点,正确方式如图4所示。

保证接地环路尽可能小,建议使用接地环

探头应靠近电容两侧

避免同时使用示波器其他通道测试其他点位的波形

如果只关注开关频率分量纹波,建议打开示波器带宽限制

左侧波形同时测量开关节点和输出电压纹波,带宽限制关闭。可以看到,输出电压纹波中的噪声较大,影响纹波的测量。

图4. 输出电压纹波测试方式

poYBAGGKTE6AMdnKAAMcA2YSLVE398.png

图5. 输出电压纹波测试对比

第三部分:输出电压纹波的抑制

由以上分析可知,输出电压纹波由电感纹波电流和输出电容阻抗决定(式1)。

poYBAGGKTFCALh8YAAAQ_Dt6ZE4645.png

因此,要降低输出电压纹波可以通过降低电感电流纹波或者降低输出电容阻抗。 当输入输出电压和负载一定时,电感电流的纹波跟开关频率和电感量成反比。增加电感量或者开关频率可以有效降低输出电压的纹波,但开关频率和电感往往受到电路效率和体积等的限制。

当开关频率和电感值一定时, 抑制纹波电压最有效的方式是减小输出电容在开关频率处的输出阻抗。在实际应用场景中,通常会并联多种不同的输出电容来获得足够的容量并降低输出电压纹波,如图6所示。由式(2)-(5)可以计算得到输出电容的总阻抗以及等效的电阻和电容。若已知Buck电路的开关频率,通过式(3)可得到开关频率处的阻抗,也就可以得到输出电压纹波。但是,当输出电容数量较多时,计算会变得很复杂。简单有效的方式可以借助Excel 工具,如图6所示。

poYBAGGKTFGAVMPWAAA7692dNG8955.png

图6. 多个输出电容并联

pYYBAGGKTFOAPvusAAAdfmGs-sQ775.png

pYYBAGGKTFWAWFDRAABdJx_KA-4723.png

poYBAGGKTFaAdXQ0AAJGthZR_PI507.png

图7. 输出电压纹波计算工具

若选择合适的电容仍然无法满足纹波的要求,可以增加第二级LC 滤波器来进一步降低输出电压纹波, 如图8所示。

poYBAGGKTFiAUSvBAAA6U1OrvMc482.png

图8. Buck 电路第二级LC滤波器

第二级LC滤波器提供额外的增益衰减,但同时高品质因素Q值也会导致相位裕度降低,甚至导致环路稳定性问题,如图9所示。为保证环路稳定,可以在L2两端增加damp电阻,降低Q值。图10以TI电源模块LMZ23601为例 (Vin = 24V, Vout = 5V, Fsw = 750kHz, Iout = 1A),在输出端增加160nH 电感, 3X22uF 电容, 250mΩ damp电阻,输出电压纹波《1mV。

poYBAGGKTFuAeYO8AABJpYcbWR8442.png

图10. LMZM23601 两级滤波

pYYBAGGKTF6AREcZAAbO-Jg5PZQ458.png

图11. LMZ23601 两级滤波输出电压纹波

综上所述,理解输出电压纹波的形成原理,根据实际应用要求,针对性地优化电感值、开关频率以及输出电容,可有效降低输出电压纹波,满足应用需求。

审核编辑:金巧

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 电源管理
    +关注

    关注

    115

    文章

    6196

    浏览量

    145034
  • 电压
    +关注

    关注

    45

    文章

    5643

    浏览量

    116395
收藏 人收藏

    相关推荐

    电源纹波是什么_电源纹波多少算正常

    电源纹波大的问题通常和使用的示波器探头以及前端的连接方式有关。 什么是电源纹波? 电源纹波指标是开关电源模块一项很重要的参数。电源纹波可以理解
    的头像 发表于 12-09 09:06 1225次阅读
    电源<b class='flag-5'>纹波</b>是什么_电源<b class='flag-5'>纹波</b>多少算正常

    干货分享!电源纹波噪声及测试

    什么是电源的纹波噪声1.什么是纹波? 1.1 纹波的产生 纹波是由于直流稳定电源的
    发表于 11-26 17:35

    降低TPS61070的输出纹波电压

    电子发烧友网站提供《降低TPS61070的输出纹波电压.pdf》资料免费下载
    发表于 10-12 14:31 0次下载
    降低TPS61070的<b class='flag-5'>输出</b><b class='flag-5'>纹波</b><b class='flag-5'>电压</b>

    大功率llc输出工频纹波怎么抑制 llc调频调宽控制环路如何切换

    针对大功率LLC输出工频纹波抑制以及LLC调频调宽控制环路的切换,我们可以从以下几个方面进行探讨。 一、大功率LLC输出工频纹波
    的头像 发表于 10-06 16:17 1887次阅读

    纹波系数,输出电压与输入频率的关系

    在讨论纹波系数、输出电压与输入频率的关系时,我们需要明确这些概念在电源系统中的具体含义及其相互之间的作用。 纹波系数 纹波系数(Ripple
    的头像 发表于 08-29 10:16 1642次阅读

    输出纹波电压与什么有关

    输出纹波电压是指电源输出稳定直流电压中所包含的交流电压成分,其大小与多个因素密切相关。以下是影响
    的头像 发表于 08-29 09:41 1405次阅读

    纹波电压的产生原因及控制方法

    纹波电压是电源系统中常见的一种现象,它是指电源输出电压在平均值附近波动的幅度。纹波电压的大小直接
    的头像 发表于 08-29 09:30 1173次阅读

    纹波电压的测量方法有哪些

    纹波电压是指在直流电源输出电压中,叠加在直流分量上的交流分量。纹波电压的存在会影响电子设备的稳定
    的头像 发表于 08-29 09:28 2704次阅读

    纹波电压大小与什么因素有关

    系统的稳定性和可靠性。纹波电压来源主要有以下几个方面: 电源内部的开关动作:在开关电源中,开关器件的开关动作会产生瞬态电流和电压,这些瞬态电流和
    的头像 发表于 08-29 09:26 1096次阅读

    电源纹波噪声的区别是什么

    电源纹波噪声是电子系统中常见的两种干扰现象,它们对电子设备的性能和可靠性有着重要的影响。 一、电源纹波的定义和特点 电源纹波的定义 电源纹波
    的头像 发表于 08-02 10:12 961次阅读

    降低反激变换器输出电压纹波的方法

    反激变换器(Flyback Converter)是一种常见的直流-直流(DC-DC)变换器,广泛应用于电源适配器、LED驱动、通信设备等领域。然而,反激变换器的输出电压纹波是影响其性能的一个重要因素
    的头像 发表于 07-29 14:21 1325次阅读

    LDO输出电压纹波的相关知识

    线性稳压器(LDO)是一种广泛使用的电源管理器件,其主要功能是将输入电压转换为稳定的输出电压。LDO的输出电压
    的头像 发表于 07-14 10:08 2507次阅读

    模块电源的输出特性(电压精度纹波噪声调整率隔离特性)BOSHIDA

    模块电源的输出特性(电压精度纹波噪声调整率隔离特性)BOSHIDA 输出特性: 输出
    的头像 发表于 04-15 09:22 586次阅读

    干货 | 如何降低开关电源输出纹波噪声

    如何降低开关电源输出纹波噪声
    的头像 发表于 03-12 19:49 1453次阅读

    什么是纹波噪声 如何降低DC-DC转换器的纹波噪声

    安装输出端的滤波电感和电容器可以有效滤除输出电压纹波噪声。选择合适的滤波元件可以减小纹波
    的头像 发表于 03-12 16:54 1794次阅读
    什么是<b class='flag-5'>纹波</b><b class='flag-5'>噪声</b> 如何降低DC-DC转换器的<b class='flag-5'>纹波</b><b class='flag-5'>噪声</b>