【問】TI關(guān)于電源噪聲方面的知識
1:背景噪聲是通過直流電源,由一次側(cè)向交流220V電源傳播的噪聲,這種噪聲源是開關(guān)電源的本身
2:輻射噪聲通過空中傳播,干擾其他的電子電路,為此,要在有開關(guān)電源的裝置內(nèi)的屏蔽、布線方式及元器件配置等方面采取相應(yīng)對策
3:輸出噪聲是在開關(guān)電源輸出端觀察到的噪聲,其作為共模噪聲或正態(tài)噪聲對負(fù)載影響較大
4:正態(tài)噪聲是對稱波形,共模噪聲是非對稱波形。對稱波噪聲是在線間傳播的噪聲,具有較低頻率的能量,而非對稱波噪聲是在通過地線傳播的噪聲,這是一種高頻噪聲。
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一般噪音來源于PCB設(shè)計/電路振蕩/磁元件三方面:
1)電路振蕩,電源輸出有很大的低頻穩(wěn)波。多是電路穩(wěn)定余度不夠引起。理論上可以用系統(tǒng)控制理論中的頻域法/時域法或勞斯判據(jù)做理論分析?,F(xiàn)在;可以用計算機(jī)仿真方法方便的驗證電路穩(wěn)定性,以避免自激振蕩發(fā)生,有多款軟件可以用。對于已經(jīng)做好的電路,可以增加輸出濾波電容或電感/改變信號反饋位置/增加PI調(diào)節(jié)的積分電容/減少開環(huán)放大倍數(shù)等方法改善。
2)PCB設(shè)計
A)主要是EMI噪音引起,射頻噪音調(diào)整PI調(diào)節(jié)器,使輸出誤差信號中包含擾動。主要查看高頻電容是否離開關(guān)元件太遠(yuǎn),是否有大的C形環(huán)繞布線等等...
B)控制電路的PCB線至少有兩點以上和功率電路共用。PCB覆銅線并非理想導(dǎo)體,它總是可以等效成電感或電阻體,當(dāng)功率電流流過了和控制回路共用的PCB線,在PCB上產(chǎn)生電壓降落,控制電路各節(jié)點分散在不同位置時,功率電流引起的電壓降對控制網(wǎng)絡(luò)家入了擾動,使電路發(fā)出噪音。這顯現(xiàn)多發(fā)生在功率地線上,注意單點接地可以改善。
3)磁元件
磁材有磁至應(yīng)變的特點,漆包線也會在泄露磁場中受到電動力的左右,這些因素的共同作用下,局部會發(fā)生泛音或1/N頻率的共振。改變開關(guān)頻率和磁元件浸漆可以改善。
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開關(guān)電源的噪聲一般分為兩大類:一是開關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾;二是外界因素對開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。
1、輸入整流電路
輸入整流電路是產(chǎn)生電磁干擾最常見的原因。輸入整流電路通常由整流二級管加濾波電容組成,整流管只有在輸入電壓超過電容上的電壓時才導(dǎo)通,所以輸入整流回路的電流不在是單一頻率的正弦電流,而是有著豐富的高次諧波的脈沖電路。諧波(特別是高次諧波)會沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾,使前端電流產(chǎn)生畸變,一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變,另一方面通過電源線產(chǎn)生射頻干擾。
2、開關(guān)管
開關(guān)管在開,關(guān)翻轉(zhuǎn)過程中,在微秒量級上升,下降時間內(nèi)大電流變化所產(chǎn)生的射頻能量已成為噪聲的主要來源。由于頻率較高,它以電磁能的形式直接向空間輻射,或者以干擾電流的形式沿著輸入,輸出端的導(dǎo)線向外傳遞。同時,開關(guān)電源使用的器件如開關(guān)功率管的存儲時間,輸出級大電流開關(guān)整流二級管的反向恢復(fù)時間的存在,會造成回路瞬間短路,產(chǎn)生很大短路電流,此電流往往要比正常工作電流大很多倍,這些短路電流流過導(dǎo)線,變壓器和電感均會產(chǎn)生電磁場,形成共模噪聲源。另外,開關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器或儲能電感,在開關(guān)管導(dǎo)通的瞬間,變壓器初級出現(xiàn)很大的涌流,造成尖峰噪聲。
3、高頻變壓器
開關(guān)電源中的變壓器,用做隔離和變壓,但漏感的原因,會產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲,同時,在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會將初級高次諧波噪聲傳遞給次級,而變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路,使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲。
4、整流二極管
次級整流二級管用作高頻整流時,由于反向恢復(fù)時間等因素的影響,往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除(因載流子的存在,還有電流流過)。一旦這個反向電流恢復(fù)時的斜率過大,流過線圈的電感就會產(chǎn)生尖峰電壓,在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將會產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾,其頻率可達(dá)幾十兆赫茲.
5、電容,電感器和導(dǎo)線
開關(guān)電源工作在較高頻率,會使低頻元件特性發(fā)生變化,由此產(chǎn)生噪聲。