詳解開關(guān)電源紋波來源及控制

開關(guān)電源輸出紋波主要來源于五個(gè)方面：輸入低頻紋波、高頻紋波、寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲、功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲和閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。

　　1、低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關(guān)。電容的容量不可能無限制地增加，導(dǎo)致輸出低頻紋波的殘留。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變換器的變比和控制系統(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。但其輸出端的低頻交流紋波仍較大。若要實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的低紋波輸出，則必須對(duì)低頻電源紋波采取濾波措施。可采用前級(jí)預(yù)穩(wěn)壓和增大DC/DC變換器閉環(huán)增益來消除。

　　低頻紋波抑制的幾種常用的方法:

　　a、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)。

　　b、采用前饋控制方法，降低低頻紋波分量。

　　2、高頻紋波噪聲來源于高頻功率開關(guān)變換電路，在電路中，通過功率器件對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行高頻開關(guān)變換而后整流濾波再實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的，在其輸出端含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對(duì)外電路的影響大小主要和開關(guān)電源的變換頻率、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對(duì)高頻開關(guān)紋波的濾波要求。

　　高頻紋波抑制的目的是給高頻紋波提供通路，常用的方法有以下幾種:

　　a、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

　　b、加大輸出高頻濾波器，可以抑制輸出高頻紋波。

　　C、采用多級(jí)濾波。

　　3、由于功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間存在寄生電容，導(dǎo)線存在寄生電感，因此當(dāng)矩形波電壓作用于功率器件時(shí)，開關(guān)電源的輸出端因此會(huì)產(chǎn)生共模紋波噪聲。減小與控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容，并在輸出側(cè)加共模抑制電感及電容，可減小輸出的共模紋波噪聲。

　　減小輸出共模紋波噪聲的常用方法:

　　a、輸出采用專門設(shè)計(jì)的EMI濾波器。

　　b、降低開關(guān)毛刺幅度。

　　4、超高頻諧振噪聲主要來源于高頻整流二極管反向恢復(fù)時(shí)二極管結(jié)電容、功率器件開關(guān)時(shí)功率器件結(jié)電容與線路寄生電感的諧振，頻率一般為1-10MHz,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(zhǎng)度等措施可以減少超高頻諧振噪聲。

　　開關(guān)電源都需對(duì)輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)的不適當(dāng)也會(huì)引起紋波。當(dāng)輸出端波動(dòng)時(shí)通過反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入調(diào)節(jié)器回路，可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的自激振蕩，引起附加紋波。此紋波電壓一般沒有固定的頻率。

　　在開關(guān)直流電源中，往往因調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇不適當(dāng)會(huì)引起輸出紋波的增大。

　　這部分紋波可通過以下方法進(jìn)行抑制：

　　a、在調(diào)節(jié)器輸出增加對(duì)地的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償可抑制調(diào)節(jié)器自激引起的紋波增大。

　　b、合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)和閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，開環(huán)放大倍數(shù)過大有時(shí)會(huì)引起調(diào)節(jié)器的振蕩或自激，使輸出紋彼含量增加，過小的開環(huán)放大倍數(shù)使輸出電壓穩(wěn)定性變差及紋波含量增加.所以調(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，調(diào)試中要根據(jù)負(fù)載狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　c、在反饋通道中不增加純滯后濾波環(huán)節(jié).使延時(shí)滯后降到最小.以增加閉環(huán)調(diào)節(jié)的快速性和及時(shí)性，對(duì)抑制輸出電壓紋波是有益的。