揭開開關電源的秘密麵紗
發布時間:2021-03-11 責任編輯:lina
【導讀】隨著電力電子技術的不斷創新,開關電源技術也在不斷地提升。時至今日,開關電源已經以小型、輕(qing)量(liang)和(he)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)特(te)點(dian)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)在(zai)幾(ji)乎(hu)所(suo)有(you)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong),是(shi)當(dang)今(jin)電(dian)子(zi)信(xin)息(xi)產(chan)業(ye)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)一(yi)種(zhong)電(dian)源(yuan)方(fang)式(shi)。但(dan)是(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)EMC的問題一直是一個頭疼的事。
一、背景
隨著電力電子技術的不斷創新,開關電源技術也在不斷地提升。時至今日,開關電源已經以小型、輕(qing)量(liang)和(he)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)特(te)點(dian)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)在(zai)幾(ji)乎(hu)所(suo)有(you)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong),是(shi)當(dang)今(jin)電(dian)子(zi)信(xin)息(xi)產(chan)業(ye)飛(fei)速(su)發(fa)展(zhan)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)一(yi)種(zhong)電(dian)源(yuan)方(fang)式(shi)。但(dan)是(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)EMC的問題一直是一個頭疼的事。
二、開關電源噪聲產生的原因
那麼開關電源噪聲產生的原因有哪些呢?
(1) 穩壓電源芯片輸出的電壓不穩定,會產生一定的紋波。
穩壓電源芯片輸出不穩定電壓有可能是穩壓芯片的直流輸出端產生誤差、電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)的(de)峰(feng)值(zhi)幅(fu)度(du)造(zao)成(cheng)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)上(shang)升(sheng)沿(yan)或(huo)下(xia)降(jiang)沿(yan)出(chu)現(xian)錯(cuo)誤(wu)。而(er)紋(wen)波(bo)的(de)產(chan)生(sheng)是(shi)在(zai)穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)芯(xin)片(pian)輸(shu)出(chu)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)造(zao)成(cheng)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)餘(yu)量(liang)不(bu)足(zu),使(shi)得(de)紋(wen)波(bo)的(de)產(chan)生(sheng)。
(2) 穩壓電源無法實現對後端負載對於電流的需求的快速變化及時響應。
穩wen壓ya電dian源yuan芯xin片pian通tong過guo感gan知zhi其qi輸shu出chu電dian壓ya的de變bian化hua,調tiao整zheng其qi輸shu出chu電dian流liu,從cong而er把ba輸shu出chu電dian壓ya調tiao整zheng回hui額e定ding輸shu出chu值zhi。多duo數shu常chang用yong的de穩wen壓ya源yuan調tiao整zheng電dian壓ya的de時shi間jian在zai毫hao秒miao到dao微wei秒miao級ji別bie。因yin此ci,對dui於yu負fu載zai電dian流liu變bian化hua頻pin率lv在zai直zhi流liu或huo幾ji百baiKHzzhijianshi,wenyayuankeyihenhaodezuochutiaozheng,baochishuchudianyadewending。dangfuzaishuntaidianliubianhuapinlvchaochuzheyifanweishi,wenyayuandedianyashuchuhuichuxiandieluo,congerchanshengdianyuanzaosheng。
(3) 負載瞬態電流在電源路徑和地路阻抗上產生一定的壓降。
三、抑製開關電源噪聲的措施
(1) 對dui於yu第di一yi種zhong開kai關guan電dian源yuan產chan生sheng的de噪zao聲sheng,是shi芯xin片pian自zi身shen決jue定ding的de,因yin此ci這zhe種zhong噪zao聲sheng我wo們men隻zhi能neng接jie受shou,但dan是shi選xuan擇ze好hao一yi點dian的de穩wen壓ya電dian源yuan芯xin片pian是shi必bi要yao的de。這zhe樣yang就jiu可ke以yi減jian少shao部bu分fen噪zao聲sheng,接jie受shou的de噪zao聲sheng必bi然ran不bu會hui太tai高gao。
(2) 對於第二種電源噪聲的產生可以在負載前並聯一個電容。

圖1 電容去耦電路
當負載電流不變時,其電流由穩壓電源部分提供,即圖1的I0,方向如圖所示。此時電容兩端電壓與負載兩端電壓一致,電流Ic為0,dianrongliangduancunchuxiangdangshuliangdedianhe,qidianheshulianghedianrongliangyouguan。dangfuzaishuntaidianliufashengbianhuashi,youyufuzaixinpianneibujingtiguandianpingzhuanhuansudujikuai,bixuzaijiduandeshijianneiweifuzaixinpiantigongzugoudedianliu。danshiwenyadianyuanwufahenkuaixiangyingfuzaidianliudebianhua,yinci,dianliuI0buhuimashangmanzufuzaishuntaidianliuyaoqiu,yincifuzaixinpiandianyahuijiangdi。danshiyouyudianrongdianyayufuzaidianyaxiangtong,yincidianrongliangduancunzaidianyabianhua。duiyudianronglaishuodianyabianhuabiranchanshengdianliu,cishidianrongduifuzaifangdian,dianliuIc不再為0,為負載芯片提供電流。根據電容等式:

隻要電容量Czugouda,zhixuhenxiaodedianyabianhua,dianrongjiukeyitigongzugoudadedianliu,manzufuzaishuntaidianliudeyaoqiu。zheyangjiubaozhenglefuzaixinpiandianyadebianhuazairongxudefanweinei。zheli,xiangdangyudianrongyuxiancunchuleyibufendianneng,zaifuzaixuyaodeshihoushifangchulai,jidianrongshichunengyuanjian。chunengdianrongdecunzaishifuzaixiaohaodenengliangdedaokuaisubuchong,yincibaozhenglefuzailiangduandianyabuzhiyuyoutaidabianhua,cishidianrongdanfudeshijubudianyuandejiaose。
可以從另一個層麵去理解這個電容充當電源的角色。如圖2所示,從AB到電源這邊看,可以把電源和電容等效成一個電源如圖3所示的等效電路。

圖2 電源電路

圖3 等效電路
這樣設計目標是,不論AB兩點間負載瞬態電流如何變化,都要保持AB兩點間電壓變化範圍很小,根據公式:

這個要求等效於電源係統的阻抗Z要足夠低。在圖2中,我們是通過去耦電容來達到這一要求的,因此從等效的角度出發,可以說去耦電容降低了電源係統的阻抗。
(3) 對於第三種的開關電源的噪聲,PCB板(ban)上(shang)任(ren)何(he)電(dian)氣(qi)路(lu)徑(jing)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)的(de)會(hui)存(cun)在(zai)阻(zu)抗(kang),不(bu)論(lun)是(shi)完(wan)整(zheng)的(de)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian)還(hai)是(shi)電(dian)源(yuan)引(yin)線(xian)。對(dui)於(yu)多(duo)層(ceng)板(ban),通(tong)常(chang)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)完(wan)整(zheng)的(de)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian)和(he)地(di)平(ping)麵(mian),穩(wen)壓(ya)電(dian)源(yuan)輸(shu)出(chu)首(shou)先(xian)接(jie)入(ru)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian),供(gong)電(dian)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian),到(dao)達(da)負(fu)載(zai)電(dian)源(yuan)引(yin)腳(jiao)。地(di)路(lu)徑(jing)和(he)電(dian)源(yuan)路(lu)徑(jing)類(lei)似(si),隻(zhi)不(bu)過(guo)電(dian)流(liu)路(lu)徑(jing)變(bian)成(cheng)了(le)地(di)平(ping)麵(mian)。因(yin)此(ci)一(yi)個(ge)好(hao)的(de)完(wan)整(zheng)的(de)地(di)平(ping)麵(mian)是(shi)非(fei)常(chang)必(bi)要(yao)的(de)。
四、總結
雖然開關電源的應用非常廣泛,但是開關電源的EMI問(wen)題(ti)也(ye)是(shi)最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)。本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)分(fen)析(xi)了(le)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)產(chan)生(sheng)的(de)三(san)個(ge)原(yuan)因(yin),以(yi)及(ji)對(dui)應(ying)的(de)措(cuo)施(shi),後(hou)續(xu)還(hai)會(hui)繼(ji)續(xu)給(gei)大(da)家(jia)帶(dai)來(lai)更(geng)多(duo)有(you)關(guan)於(yu)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)的(de)文(wen)章(zhang),歡(huan)迎(ying)大(da)家(jia)持(chi)續(xu)關(guan)注(zhu)。
(來源:韜略科技EMC)
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