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开关电源纹波的测量
开关电源纹波的测量
要有效降低开关电源输出纹波我们首先得有个比较靠谱的测试方法,不能是由于测试方法的问题而导致的假波形是整改不好的
基本要求:使用示波器AC 耦合,20MHz 带宽限制,拔掉探头的地线
1,AC 耦合是去掉叠加的直流电压,得到准确的波形。
2,打开20MHz 带宽限制是防止高频噪声的干扰,防止测出错误的结果。因为高频成分幅值较大,测量的时候应除去。
3,拔掉示波器探头的接地夹,使用接地环测量,是为了减少干扰。很多部门没有接地环,如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。
还有一点是要使用50Ω终端。横河示波器的资料上介绍说,50Ω模块是除去DC 成分,精确测量AC 成分。但是很少有示波器配这种专门的探头,大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量,影响暂时不清楚。
上面是测量开关纹波时基本的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。
在测量高频噪声时,使用示波器的全通带,一般为几百兆到GHz 级别。其他与上述相同。
可能不同的公司有不同的测试方法。归根到底第一要清楚自己的测试结果。第二要得到客户认可。
关于示波器:
有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因,无法正确的测量出纹波。这时应更换示波器。这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽只有几十兆,但表现要比数字示波器好。
开关电源纹波的抑制
对于开关纹波,理论上和实际上都是一定存在的。通常抑制或减少它的做法有五种:

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。

上图是开关电源电感L内的电流波形,其纹波电流△I可由下式算出:

可以看出,增加L值,或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动。
同样,输出纹波与输出电容的关系:vripple=Imax/(Co×f)。可以看出,加大输出电容值可以减小纹波。
通常的做法,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,输入端的电压Vin 不变,但是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。
上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。因为体积限制,电感不会做的很大;输出电容增加到一定程度,对减小纹波就没有明显的效果了;增加开关频率,又会增加开关损失。所以在要求比较严格时,这种方法并不是很好。关于开关电源的原理等,可以参考各类开关电源设计手册。
应用该对策后,BUCK型开关电源如下图所示:

上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。因为体积限制,电感不会做的很大;输出电容增加到一定程度,对减小纹波就没有明显的效果了;增加开关频率,又会增加开关损失。所以在要求比较严格时,这种方法并不是很好。
关于开关电源的原理等,可以参考各类开关电源设计手册。

二级滤波,就是再加一级LC 滤波器
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