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开关电源 vs LDO电源---纹波

一、纹波、噪音来源:
对于开关电源来说,到底有没有一些方法能够减小它的纹波呢?
要控制减小纹波,首先肯定要知道开关电源纹波的来源。纹波其实大致上是和开关频率是同频的,,在稳态时电压在电感两端满足伏秒平衡,这时电流会在开关过程中上下波动,因此这波动的电流就会形成波动的电压,也就是纹波了。除了纹波,开关电源还会产生噪声,这是两个不同的概念。噪声一般是由开关切换时,变化的上升时间(或下降时间)激发出的奇数倍频的高频分量,还有就是由于二极管实际上是由电容电感串联的等效电感,在反向导通的瞬间引起的高频谐振。一般是几十MHz,远高于纹波的频率,而且噪声的幅度也较高。
下面就大致总结下几种减小纹波的方法。
既然说到纹波与开关频率和电感的关系,首先从这两方面着手。通过下面几个公式:
V=L*△I/△t,输入输出电压与占空比关系公式,以及伏秒平衡公式可以得到下面关于纹波与频率和电感L的公式如下(大家可以自己推导下):
△V=(15-12)*12/15/47/180k=0.28v(以输入15v,输出12v,电感47uH为例)
这里可以得到纹波的大小是和电感L和开关频率f是成反比的,因此从理论上认为增加电感值或者提高开关频率都可以减小纹波。另外根据电流I=C*△V/△t,又可以变换出:
△V=6/470/180=70mV
 又可以得到输出电容与纹波成反比,因此理论上也可以通过增加输出电容的容值来减小纹波。
 
二、降低纹波噪音方法:
1、更换较高频率的pwm芯片、增大储能电感值、增加输出电容容值、选取低ESR的电容:
因电感受体积的限制,不可能再做得更大,大的电容又会带来ESR的增大,当然你可以多并几个电容。提高开关频率嘛,又会增加损耗。
 
2、再加一级LC滤波器电路(效果不错)。
 
3、增加一级LDO:把开关电源的输出接到LDO电源的输入,这样的系统的输出电压纹波的确可以做的很好。也规避了LDO电源效率低的缺点。
 
4、二极管或开关MOS管并联RC电路,二极管后接电感进行EMI滤波。
 
5、从PCB设计布局布线方面考虑来减小纹波:
对减小纹波,高频开关电源的PCB设计布局布线也非常关键,PCB分布参数会导致调整误差或滤波效率变差,严重时甚至可能导致自激(一般在特定的负载强度下发生),所以得高度重视电源布局布线。可从下面几点考虑:、
A、 取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC;
B、 二极管摆法、FB、环路最小等等;
C、 PCB走线不可太长、太细,类似的储能电感也有同样原则,只是影响稍小,布局、走线不利相当于降低了电感的Q值;
D、 PCB层叠法:大的地平面、小的层叠间距。 电源平面与地平面尽力靠近,行成平面耦合电容。    


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