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发布时间:2017年01月12日

开关电源纹波来源及控制

开关电源输出纹波主要来源于五个方面:输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声。

一、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。若要实现开关电源的低纹波输出,则必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。

低频纹波抑制的几种常用的方法:

a、加大输出低频滤波的电感,电容参数,使低频纹波降低到所需的指标。

b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量。

二、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路,在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关,设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求。

高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路,常用的方法有以下几种:

a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波

b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波。

c、采用多级滤波。

三、由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当矩形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声。

减小输出共模纹波噪声的常用方法:

a、输出采用专门设计的EMI滤波器。

b、降低开关毛刺幅度。

四、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振,频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。

开关电源都需对输出电压进行闭环控制,调节器参数设计的不适当也会引起纹波。当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路,可能导致调节器的自激振荡,引起附加纹波。此纹波电压一般没有固定的频率。

在开关直流电源中,往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大。

这部分纹波可通过以下方法进行抑制:

a、在调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大。

b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节器的振荡或自激,使输出纹彼含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加.所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节。

c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节.使延时滞后降到最小.以增加闭环调节的快速性和及时性,对抑制输出电压纹波是有益的。

开关电源的原理

在谈之前,先熟悉一下变压器反馈式振荡电路,能产生有规律的脉冲电流或电压的电路叫振荡电路,变压器反馈式振荡电路就是能满足这种条件的电路;它于基本放大电路与一个反馈回路组成,其中C2、L1组成一个并联谐振选频电路,在电路通电的瞬间VT导通,此时在C2、L1组成的并联谐振电路上产生非常丰富的谐波,当外加频率和并联谐振电路的固有频率相等时,电路进入振荡状态,并通过L3反馈到VT的基极进一步放大,最终形成有规律的脉冲电流或电压输出到负载RL上。开关电源就是围绕变压器反馈式振荡电路而设计,只不过在原来的基础上增加了一些保护和控制电路,我们可以用分析振荡电路的方法来分析开关电源。

如图:

振按荡方式分,可以分为自激式和它激式两种,自激式是无须外加信号源能自行振荡,自激式完全可以把它看作是一个变压器反馈式振荡电路,而它激式则完全依赖于外部维持振荡,在实际应用中自激式应用比较广泛。根据激励信号结构分类;可分为脉冲调宽和脉冲调幅两种,脉冲调宽是控制信号的宽度,也就是频率,脉冲调幅控制信号的幅度,两者的作用相同都是使振荡频率维持在某一范围内,达到稳定电压的效果。变压器的绕组一般可以分成三种类型,一组是参与振荡的初级绕组,一组是维持振荡的反馈绕组,还有一组是负载绕组。在家用电器中使用的开关电源,将220V的交流电经过桥式整流,变换成300V左右的直流电,滤波后进入变压器后加到开关管的集电极进行高频振荡,反馈绕组反馈到基极维持电路振荡,负载绕组感应的电信号,经整流、滤波、稳压得到的直流电压给负载提供电能。负载绕组在提供电能的同时,也肩负起稳定电压的能力,其原理是在电压输出电路接一个电压取样装置,监测输出电压的变化情况,及时反馈给振荡电路调整振荡频率,从而达到稳定电压的目的,为了避免电路的干扰,反馈回振荡电路的电压会用光电耦合器隔离。大多数开关电源有待机电路,在待机状态开关电源还在振荡,只是频率比正常工作时要低。

是一种电压转换电路,主要的工作内容是升压和降压,广泛应用于现代电子产品。因为开关三极管总是工作在 “开” 和“关” 的状态,所以叫开关电源。开关电源实质就是一个振荡电路,这种转换电能的方式,不仅应用在电源电路,在其它的电路应用也很普遍,如液晶显示器的背光电路、日光灯等。开关电源与变压 器 相比具有效率高、稳性好、体积小优点,缺点是功率相对较小,而且会对电路产生高频干扰,电路复杂不易维修等。

有些很复杂,元件密密麻麻,很多保护和控制电路,在没有技术支持的情况下,维修起来是一件很头疼的事。在我面对这种情况时,首先我会找到开关管及其参与振荡的外围电路,把它从电路中分离出来,看它是否满足振荡的条件,如检测偏置是否正常,正反馈有无故障,还有开关管本身,开关电源有极强大的保护功能,排除后检察控制和保护及负载电路。

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