在應(yīng)用電源模塊常見的問題中,，降低負(fù)載端的紋波噪聲是大多數(shù)用戶都關(guān)心的,。下文結(jié)合紋波噪聲的波形、測(cè)試方式,，從電源設(shè)計(jì)及外圍電路的角度出發(fā),，闡述幾種有效降低輸出紋波噪聲的方法,。
1、電源的紋波與噪聲圖示
紋波和噪聲即：直流電源輸出上疊加的與電源開關(guān)頻率同頻的波動(dòng)為紋波,，高頻雜音為噪聲。具體如圖1所示,，頻率較低且有規(guī)律的波動(dòng)為紋波,，尖峰部分為噪聲。
圖1
2,、紋波噪聲的測(cè)試方法
對(duì)于中小微功率模塊電源的紋波噪聲測(cè)試,，業(yè)內(nèi)主要采用平行線測(cè)試法和靠接法兩種。其中,，平行線測(cè)試法用于引腳間距相對(duì)較大的產(chǎn)品,，靠測(cè)法用于模塊引腳間距小的產(chǎn)品。
但不管用平行線測(cè)試法還是靠測(cè)法,，都需要限制示波器的帶寬為20MHz,，同時(shí)需要去掉地線夾。
具體如圖2和圖3所示,。
圖2 平行線測(cè)試法
注1：C1為高頻電容,，容量為1μF；C2為鉭電容,，容量為10μF,。
注2：兩平行銅箔帶之間的距離為2.5mm,，兩平行銅箔帶的電壓降之和應(yīng)小于輸出電壓的2%。
圖3靠測(cè)法
3,、去除地線夾測(cè)試的區(qū)別
測(cè)試紋波噪聲需要把地線夾去掉,，主要是由于示波器的地線夾會(huì)吸收各種高頻噪聲，不能真實(shí)反映電源的輸出紋波噪聲,，影響測(cè)量結(jié)果,。下面的圖4和圖5分別展示了對(duì)同一個(gè)產(chǎn)品，使用地線夾及取下地線夾測(cè)試的巨大差異,。
圖4 使用地線夾測(cè)試-示波器垂直分辨率200mv/div
圖5 去除地線夾測(cè)試-示波器垂直分辨率50mv/div
4,、設(shè)計(jì)上PCB布局的影響
好與壞的PCB布局，是設(shè)計(jì)上影響紋波噪聲的關(guān)鍵因素,。差的PCB布局如圖6所示,，變壓器輸出的地，直接通過過孔連到背部的地平面,，地平面連接電源的輸出引腳,。此布局在輸出5V/2A的負(fù)載下，實(shí)測(cè)電源尖峰達(dá)1.5V VP-P,。
圖6 差的PCB布局
如圖7 所示是比較好的PCB布局,，調(diào)整了變壓器的位置，將變壓器輸出地通過兩個(gè)電容后,，再回到地平面和輸出引腳相連,。實(shí)測(cè)在相同5V/2A輸出的負(fù)載下，噪聲已降到60mV VP-P,，差別顯著,。
圖7 好的PCB布局
5、輸出濾波電容的影響
輸出濾波電容的容值,、ESR對(duì)模塊輸出的紋波噪聲也有直接影響,。按圖8所示的 產(chǎn)品測(cè)試紋波噪聲。
外部不加外接電容,，測(cè)試輸出的紋波噪聲,，如圖圖9所示，約為100mV,。同樣的輸入,、負(fù)載條件下，電源的輸出端加226的MLCC,，實(shí)測(cè)電源輸出的紋波噪聲降到不到40mV,。
圖8 測(cè)試用圖
圖9 無外接電容
圖10 外加226電容
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電容除容量,、ESR外,，建議負(fù)載端的電容在回到電源之前,，先匯集到輸出電容，經(jīng)過電容濾波后,，再回到電源,，從而有效降低紋波噪聲對(duì)電路的影響。如圖11所示,。
圖11 外部電容的位置
6,、電感對(duì)紋波噪聲的影響
電感的感量及寄生電容對(duì)紋波噪聲的影響同樣顯著。一般地,，感量大時(shí)對(duì)紋波抑制作用明顯,，寄生電容小的電感對(duì)噪聲抑制效果好。以對(duì)紋波抑制為例,，測(cè)試對(duì)電源輸出紋波的影響,，測(cè)試圖如圖12所示。
圖12 測(cè)試電感濾波效果用例
根據(jù)圖12,，我們先人為的把產(chǎn)品內(nèi)部的濾波電感短路,，只用電容濾波，測(cè)得紋波噪聲如圖13所示,，紋波峰峰值約50mV,。
圖13 人為短路內(nèi)部濾波電感的紋波噪聲圖
下一步，在電源外部增加一個(gè)LC電路,，在相同輸入,、負(fù)載條件下，重測(cè)紋波噪聲圖,，如圖14所示,，紋波已接近直線，非常小,。
圖14 外加LC的紋波噪聲圖
以上簡(jiǎn)單從紋波噪聲的圖例、測(cè)試方法開始,，描述從電源設(shè)計(jì),、外部電路應(yīng)用出發(fā)，結(jié)合實(shí)際測(cè)試比較幾種降低紋波噪聲的方法,。實(shí)際的工程應(yīng)用中還需考慮電容,、電感的負(fù)載效應(yīng)、自激影響等,，還需再做深究,。