電源設(shè)計(jì)中如何抑制紋波噪聲

　　紋波噪聲是衡量電源的一個(gè)重要指標(biāo)，一個(gè)好的電源必須要把輸出紋波噪聲控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。但一般有哪些行之有效的降低紋波噪聲的對(duì)策呢?下面我們拋磚引玉，簡(jiǎn)單討論常用的八個(gè)方法。

　　1、電源PCB走線(xiàn)和布局

　　反饋線(xiàn)路應(yīng)避開(kāi)磁性元件、開(kāi)關(guān)管及功率二極管。

　　輸出濾波電容放置及走線(xiàn)對(duì)紋波噪聲至關(guān)重要，如圖1所示，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于到達(dá)每個(gè)電容的阻抗不一樣，所以高頻電流在三個(gè)電容中分配不均勻，改進(jìn)設(shè)計(jì)中可以看出每個(gè)回路長(zhǎng)度相當(dāng)即高頻電流會(huì)均勻分配到每個(gè)電容中。

　　圖1 電源PCB走線(xiàn)優(yōu)化

　　如果PCB是多層板，可以選擇和主電流回路層最近一層覆地，覆地可以有效的解決噪聲問(wèn)題，注意，盡量保證覆地的完整性。

　　2、場(chǎng)效應(yīng)管D級(jí)與輸入正之間加RCD

　　一般選擇場(chǎng)效應(yīng)管的反向恢復(fù)時(shí)間要比二極管D1慢2~3倍，以避免形成直通電流，此電流會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，可增大輸出噪聲干擾，所以可人為的通過(guò)柵極電阻R4來(lái)減慢開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度。為了不影響關(guān)斷速度可以在柵極電阻并聯(lián)一個(gè)二極管D2如圖2所示。

　　圖2 場(chǎng)效應(yīng)管優(yōu)化電路

　　3、場(chǎng)效應(yīng)管DS端并聯(lián)RC

　　可以在場(chǎng)效應(yīng)管DS兩端并聯(lián)一個(gè)RC電路也可以有效的降低噪聲干擾如圖2所示，電容C2一般在100P左右，電容值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)損耗加大，電阻R2一般選取小于10Ω電阻。

　　4、輸出二極管兩端并聯(lián)RC

　　二極管在高速導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，反向恢復(fù)期間，二極管的寄生電感和電容會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩，為了抑制高頻振蕩可在二極管兩端加RC緩沖電路如圖2所示，電阻R3一般在1Ω~100Ω，電容C3一般在100pF~1nF，如果電源工作頻率較低，效率滿(mǎn)足要求的話(huà)，二極管D3可以選擇反向恢復(fù)時(shí)間較慢的二極管。

　　5、輸出加二級(jí)LC濾波

　　LC對(duì)噪聲和紋波抑制效果比較明顯，根據(jù)紋波頻率選擇合適電感電容值，但由于柱形電感價(jià)格低體積小的優(yōu)點(diǎn)，所以一般LC中電感大都會(huì)選擇柱形電感，然而柱形電感是開(kāi)放式磁結(jié)構(gòu)，對(duì)周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重磁干擾，我們可以采用兩個(gè)電感并排放置，且電流流入方向相反，即有助于引導(dǎo)磁通從一個(gè)磁柱到另一個(gè)磁柱，從而可以降低電磁干擾，如圖3所示。

　　圖3 二級(jí)LC濾波原理

　　6、變壓器初次級(jí)之間加法拉第屏蔽層

　　變壓器的繞組通過(guò)高頻電流時(shí)，變壓器將變成有效的磁場(chǎng)天線(xiàn)，變壓器繞組又承受跳躍電壓，即變壓器也變成了電場(chǎng)天線(xiàn)，在初次級(jí)之間加法拉第屏蔽層可收集隔離邊界處的噪聲電流，并予以轉(zhuǎn)移到原邊地，但銅箔應(yīng)為非常薄的銅箔帶，盡量避免渦流損耗并減小漏感，注意，銅屏蔽層末端不應(yīng)有電連接，否則會(huì)形成磁短路。

　　7、降低變壓器漏感

　　采用三明治繞法可使初次級(jí)繞組耦合更加緊密，使漏感得以減小，從而到達(dá)減小噪聲的目的。

　　8、變壓器輸出繞組并聯(lián)的合理設(shè)計(jì)

　　當(dāng)電源輸出電流較大時(shí)，通常我們會(huì)采用兩個(gè)繞組并聯(lián)的方式進(jìn)行使用，這兩個(gè)繞組通常分置于原邊繞組內(nèi)外，所以直流阻抗會(huì)略有差異，從而有可能產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)流，電壓波形也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的振鈴，并且電磁干擾會(huì)變的更加嚴(yán)重，以及有可能會(huì)出現(xiàn)意外的大量發(fā)熱，如果輸出繞組一定需要并聯(lián)使用，最好采用如圖4的推薦電路，圖4推薦電路中二極管可以消除兩個(gè)不同繞組的不均勻?qū)е碌呢?fù)面影響。

　　圖4 變壓器輸出繞組并聯(lián)推薦電路

　　在設(shè)計(jì)電源時(shí)，有上述八種方式可降低輸出的紋波噪聲，如果選用成品電源，不管是模塊電源、普通開(kāi)關(guān)電源、電源適配器等，這部分的工作一般都由電源設(shè)計(jì)廠家完成，客戶(hù)只需關(guān)注規(guī)格書(shū)寫(xiě)明的輸出紋波噪聲即可。如致遠(yuǎn)電子的模塊電源，會(huì)標(biāo)出典型的紋波噪聲值，如E_UHBDD-6W系列，典型值為60mV VP-P。

　　致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)、生產(chǎn)的隔離電源模塊已有近20年的行業(yè)積累，目前產(chǎn)品具有寬輸入電壓范圍，隔離1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多個(gè)系列，封裝形式多樣，兼容國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的SIP、DIP等封裝。同時(shí)致遠(yuǎn)電子為保證電源產(chǎn)品性能建設(shè)了行業(yè)內(nèi)一流的測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，配備最先進(jìn)、齊全的測(cè)試設(shè)備，全系列隔離DC-DC電源通過(guò)完整的EMC測(cè)試，靜電抗擾度高達(dá)4KV、浪涌抗擾度高達(dá)2KV，可應(yīng)用于絕大部分復(fù)雜惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，為用戶(hù)提供穩(wěn)定、可靠的電源隔離解決方案。