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、qinglianghegaoxiaolvdetedianbeiguangfanyingyongzaijihusuoyoudedianzishebeizhong,shidangjindianzixinxichanyefeisufazhanguochengzhongbukehuoquedeyizhongdianyuanfangshi。danshikaiguandianyuandeEMC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、qinglianghegaoxiaolvdetedianbeiguangfanyingyongzaijihusuoyoudedianzishebeizhong,shidangjindianzixinxichanyefeisufazhanguochengzhongbukehuoquedeyizhongdianyuanfangshi。danshikaiguandianyuandeEMC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。
wenyadianyuanxinpiantongguoganzhiqishuchudianyadebianhua,tiaozhengqishuchudianliu,congerbashuchudianyatiaozhenghuiedingshuchuzhi。duoshuchangyongdewenyayuantiaozhengdianyadeshijianzaihaomiaodaoweimiaojibie。yinci,duiyufuzaidianliubianhuapinlvzaizhiliuhuojibaiKHz之zhi間jian時shi,穩wen壓ya源yuan可ke以yi很hen好hao的de做zuo出chu調tiao整zheng,保bao持chi輸shu出chu電dian壓ya的de穩wen定ding。當dang負fu載zai瞬shun態tai電dian流liu變bian化hua頻pin率lv超chao出chu這zhe一yi範fan圍wei時shi,穩wen壓ya源yuan的de電dian壓ya輸shu出chu會hui出chu現xian跌die落luo,從cong而er產chan生sheng電dian源yuan噪zao聲sheng。
(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C足zu夠gou大da,隻zhi需xu很hen小xiao的de電dian壓ya變bian化hua,電dian容rong就jiu可ke以yi提ti供gong足zu夠gou大da的de電dian流liu,滿man足zu負fu載zai瞬shun態tai電dian流liu的de要yao求qiu。這zhe樣yang就jiu保bao證zheng了le負fu載zai芯xin片pian電dian壓ya的de變bian化hua在zai容rong許xu的de範fan圍wei內nei。這zhe裏li,相xiang當dang於yu電dian容rong預yu先xian存cun儲chu了le一yi部bu分fen電dian能neng,在zai負fu載zai需xu要yao的de時shi候hou釋shi放fang出chu來lai,即ji電dian容rong是shi儲chu能neng元yuan件jian。儲chu能neng電dian容rong的de存cun在zai使shi負fu載zai消xiao耗hao的de能neng量liang得de到dao快kuai速su補bu充chong,因yin此ci保bao證zheng了le負fu載zai兩liang端duan電dian壓ya不bu至zhi於yu有you太tai大da變bian化hua,此ci時shi電dian容rong擔dan負fu的de是shi局ju部bu電dian源yuan的de角jiao色se。
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EMIwentiyeshizuizhuyaode。benwenzhuyaofenxilekaiguandianyuanzaoshengchanshengdesangeyuanyin,yijiduiyingdecuoshi,houxuhaihuijixugeidajiadailaigengduoyouguanyudianyuanzaoshengdewenzhang,huanyingdajiachixuguanzhu。
(來源:韜略科技EMC)
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