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降低电源纹波噪声的一些超实用技巧

钜大LARGE  |  点击量:115次  |  2020年04月02日  

摘要
在应用电源模块常见的问题中,降低负载端的纹波噪声是大多数用户都关心的。下文结合纹波噪声的波形、测试方式,从电源设计及外围电路的角度出发,阐述几种有效降低输出纹波噪声的方法。

在应用电源模块常见的问题中,降低负载端的纹波噪声是大多数用户都关心的。下文结合纹波噪声的波形、测试方式,从电源设计及外围电路的角度出发,阐述几种有效降低输出纹波噪声的方法。


1、电源的纹波与噪声图示


纹波和噪声即:直流电源输出上叠加的与电源开关频率同频的波动为纹波,高频杂音为噪声。具体如图1所示,频率较低且有规律的波动为纹波,尖峰部分为噪声。


2、纹波噪声的测试方法


关于中小微功率模块电源的纹波噪声测试,业内重要采用平行线测试法和靠接法两种。其中,平行线测试法用于引脚间距相对较大的产品,靠测法用于模块引脚间距小的产品。


但不管用平行线测试法还是靠测法,都要限制示波器的带宽为20MHz,同时要去掉地线夹。


具体如图2和图3所示。


图2平行线测试法


注1:C1为高频电容,容量为1F;C2为钽电容,容量为10F。


江苏快3注2:两平行铜箔带之间的距离为2.5mm,两平行铜箔带的电压降之和应小于输出电压的2%。


图3靠测法


3、去除地线夹测试的差别


测试纹波噪声要把地线夹去掉,重要是由于示波器的地线夹会吸收各种高频噪声,不能真实反映电源的输出纹波噪声,影响测量结果。下面的图4和图5分别展示了对同一个产品,使用地线夹及取下地线夹测试的巨大差异。


图4使用地线夹测试-示波器垂直分辨率200mv/p


图5去除地线夹测试-示波器垂直分辨率50mv/p


4、设计上PCB布局的影响


江苏快3好与坏的PCB布局,是设计上影响纹波噪声的关键因素。差的PCB布局如图6所示,变压器输出的地,直接通过过孔连到背部的地平面,地平面连接电源的输出引脚。此布局在输出5V/2A的负载下,实测电源尖峰达1。5VVP-P。


图6差的PCB布局


如图7所示是比较好的PCB布局,调整了变压器的位置,将变压器输出地通过两个电容后,再回到地平面和输出引脚相连。实测在相同5V/2A输出的负载下,噪声已降到60mVVP-P,差别显著。


图7好的PCB布局


5、输出滤波电容的影响


输出滤波电容的容值、ESR对模块输出的纹波噪声也有直接影响。按图8所示的产品测试纹波噪声。


外部不加外接电容,测试输出的纹波噪声,如图图9所示,约为100mV。同样的输入、负载条件下,电源的输出端加226的MLCC,实测电源输出的纹波噪声降到不到40mV。


图8测试用图


图9无外接电容


图10外加226电容


实际应用时,电容除容量、ESR外,建议负载端的电容在回到电源之前,先汇集到输出电容,经过电容滤波后,再回到电源,从而有效降低纹波噪声对电路的影响。如图11所示。


图11外部电容的位置


6、电感对纹波噪声的影响


电感的感量及寄生电容对纹波噪声的影响同样显著。一般地,感量大时对纹波抑制作用明显,寄生电容小的电感对噪声抑制效果好。以对纹波抑制为例,测试对电源输出纹波的影响,测试图如图12所示。


图12测试电感滤波效果用例


根据图12,我们先人为的把产品内部的滤波电感短路,只用电容滤波,测得纹波噪声如图13所示,纹波峰峰值约50mV。


图13人为短路内部滤波电感的纹波噪声图


下一步,在电源外部新增一个LC电路,在相同输入、负载条件下,重测纹波噪声图,如图14所示,纹波已接近直线,非常小。


图14外加LC的纹波噪声图


江苏快3以上简单从纹波噪声的图例、测试方法开始,描述从电源设计、外部电路应用出发,结合实际测试比较几种降低纹波噪声的方法。实际的工程应用中还需考虑电容、电感的负载效应、自激影响等,还需再做深究。


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