开关电源纹波的抑制
1、加大电感和输出电容滤波
根据开关电源的公式,电感内电流波动大小和电感值成反比,输出纹波和输出电容值成反比,所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。
通常对于输出电容,使用铝电解电容以达到大容量的目的,但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好,而且ESR也比较大,所以会在它旁边并联一个陶瓷电容,来弥补铝电解电容的不足。
同时开关电源工作时,输入端电压Vin不变,但电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流,通常在靠近电流输入端(以BucK型为例,是SWITCH附近),并联电容来提供电流。
2、二级滤波
LC滤波器对噪声纹波的抑制作用比较明显,根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路,一般能够很好的减小纹波。
采样点选在LC滤波器之前(Pa),输出电压会降低。因为任何电感都有一个直流电阻,当有电流输出时,在电感上会有压降产生,导致电源的输出电压降低,而且这个压降是随输出电流变化的。
采样点选在LC滤波器之后(Pb),这样输出电压就是我们所希望得到的电压,但是这样在电源系统内部引入了一个电感和一个电容,有可能会导致系统不稳定。
3、开关电源输出接LDO滤波
这是减少纹波和噪声最有效的办法,输出电压恒定,不需要改变原有的反馈系统,但也是成本最高,功耗最高的办法。任何一款LDO都有一项指标:噪音抑制比。
对减小纹波,开关电源的PCB布线也非常关键,对于高频噪声,由于频率高幅值较大,后级滤波虽然有一定作用,但效果不明显。这方面有专门的研究,简单的做法是在二极管上并电容C或RC,或串联电感。
4、在二极管上并电容C或RC
二极管高速导通截止时,要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间,等效电感和等效电容成为一个RC振荡器,产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡,需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。
在二极管上并联的电容C或者RC,其取值要经过反复试验才能确定,如果选用不当,反而会造成更严重的振荡。
电阻一般取10Ω-100Ω,电容取4.7pF-2.2nF。
5,二极管后接电感(EMI滤波)
针对产生噪声的频率,选择合适的电感元件,同样能够有效地抑制噪声。需要注意的是,电感的额定电流要满足实际的要求。