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紋波測量及減弱

2020-06-13
來源:與非網(wǎng)

紋波簡單來說就是輸出直流之中夾雜的交流成分,,我們在電源設(shè)計中是沒有辦法完全讓紋波消失不見的,,能做得就是盡量降低紋波電壓,我們每一款電源對于使用場景的不同,,所能接受的紋波范圍也有所不同,,例如電源使用于精密測量儀器時,需要的電壓要非常的精確,,這就意味著紋波電壓必須非常的小,,這樣才不會讓儀器出現(xiàn)誤動作,一般來說都要做到萬分之三以內(nèi),,有的甚至于做到十萬分的范圍內(nèi),;而對于那些只用于提供電壓的電源來說,可接受的紋波范圍就比較大,,比如手機(jī)有些山寨充電器之類的,,有時可放寬到輸出電壓的 5%-10%左右。

 

我們要對紋波進(jìn)行限制,,首先我們要學(xué)會的就是如何測量。

 

紋波測量基本要求就是一臺示波器,,首先將示波器調(diào)至 AC 耦合模式,,我們前面說了,紋波就是輸出直流里面的交流成分,,所以調(diào)至 AC 耦合的目的就是去掉輸出端里的直流成分,,得到準(zhǔn)確的交流波形,如下圖所示:

 

forward (2).jpg

 

 

接下來就是打開 20MHz 寬帶限制,,這樣做得目的是為了防止高頻噪聲干擾,,防止測試出錯誤的結(jié)果。

 

然后拔掉探頭的接地夾,,直接使用接地環(huán)測量,,這個是為了減小干擾,得到更加精確的測量結(jié)果,,對于高精度要求的電源來說,,有時相差 10mV 都會導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)誤動作,所以采用環(huán)地進(jìn)行測試,,但是對于一般范圍要求不太嚴(yán)格的產(chǎn)品來說區(qū)別就不大,。

 

 完成以上動作,我們就可以對產(chǎn)品的輸出紋波進(jìn)行測試,,為了得到更加精確的測量結(jié)果,,我們可以在輸出端接上一個 0.1-1uF 的瓷片電容并上一個電解電容,這樣做的目的就是濾除高頻干擾,。  

 

 對于測試出來的紋波,,如果超過可接受范圍,,那么我們就要采用一些手段進(jìn)行抑制和減弱。

 

我們最早使用的手段是加大輸出電感和輸出電容,,這個可以對輸出端紋波進(jìn)行減弱,,因?yàn)楦鶕?jù)電感內(nèi)的電流波動大小和電感的電感量成反比,而增大輸出電容容量會延緩充電時間,,也就相當(dāng)于減弱紋波,;這種方法對紋波的減弱雖然有效,但是作用也是有限的,,因?yàn)樵龃箅姼辛烤蛣荼匾龃箅姼械捏w積,,而我們電源一直朝著輕量化的方向發(fā)展,所以受體積限制,,電感不會做很大,,而輸出電容隨著容量的增大,大到一定的程度后濾波效果就幾乎不會有變化,,所以,,這個方法的實(shí)用性不是很強(qiáng)。

 

后來人們就想到使用兩級濾波器來對輸出端進(jìn)行濾波,,如下圖所示:


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效果和作用比第一種好很多,,但是存在著隱患,那就是要考慮電壓的采樣點(diǎn)選擇,,按照上圖所示,,如果采樣點(diǎn)選擇 Pa,那么會導(dǎo)致輸出電壓有所降低,,如果采樣點(diǎn)選擇在 Pb,,由于線路中包含第一級濾波線路,就有可能導(dǎo)致電源進(jìn)入振蕩現(xiàn)象,,出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況,。

 

目前在電源領(lǐng)域里最有效的方式就是輸出端接 LDO 濾波,這個是目前來說削弱紋波噪聲最有效的方式了,,唯一的缺點(diǎn)就是成本和功耗比較高,,下圖為沒有 LDO 線路(黃色)和接上 LDO 線路(綠色)所測量出來的紋波對比:

    

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圖中那些毛刺是由于沒有濾除高頻干擾,可以不考慮,,所以我們可以很明顯看出,,接了 LDO 濾波后,效果非常的明顯,,一般來說,,接了 LDO 線路后,紋波都會處于 10mv 以下。


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