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紋波測量及減弱

2020-06-13
來源:與非網

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誤動作,一般來說都要做到萬分之三以內,有的甚至于做到十萬分的范圍內;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。

 

我們要對紋波進行限制,首先我們要學會的就是如何測量。

 

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,所以調至 AC 耦合的目的就是去掉輸出端里的直流成分,得到準確的交流波形,如下圖所示:

 

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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果。

 

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

 

 完成以上動作,我們就可以對產品的輸出紋波進行測試,為了得到更加精確的測量結果,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行減弱,因為根據電感內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,因為增大電感量就勢必要增大電感的體積,而我們電源一直朝著輕量化的方向發展,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,這個方法的實用性不是很強。

 

后來人們就想到使用兩級濾波器來對輸出端進行濾波,如下圖所示:


forward (1).jpg

 

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選擇,按照上圖所示,如果采樣點選擇 Pa,那么會導致輸出電壓有所降低,如果采樣點選擇在 Pb,由于線路中包含第一級濾波線路,就有可能導致電源進入振蕩現象,出現不穩定的情況。

 

目前在電源領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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