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電源紋波和噪聲

1.紋波和噪聲產生的原因

開關電源輸出的不是純正的直流電壓,裡面有些交流成分,這就是紋波和噪聲造成的。

紋波是輸出直流電壓的波動,與開關電源的開關動作有關。每一個開、關過程,電能從輸入端被“泵到”輸出端,形成一個充電和放電的過程,從而造成輸出電壓的波動,波動頻率與開關的頻率相同。紋波電壓是紋波的波峰與波谷之間的峰峰值,其大小與開關電源的輸入電容和輸出電容的容量及品質有關。

平時測量時,200mV(經驗值)以內的紋波就符合要求。

噪聲的產生原因有兩種,一種是開關電源自身產生的;另一種是外界電磁場的干擾(EMI),它能通過輻射進入開關電源或者通過電源線輸入開關電源。開關電源自身產生的噪聲是一種高頻的脈衝串,由發生在開關導通與截止瞬間產生的尖脈衝所造成,也稱為開關噪聲。噪聲脈衝串的頻率比開關頻率高得多,噪聲電壓是其峰峰值。噪聲電壓的振幅很大程度上與開關電源的拓撲、電路中的寄生狀態及PCB的設計有關。

2.紋波電壓危害

在除錯產品時會遇到以下這些現象:

    喇叭或聽筒發生嗡嗡的雜音,這可能是音訊範圍內的類似正弦波的紋波訊號推動喇叭的紙盆或話機的聽筒而形成雜音;

    除錯訊號放大系統時,能看到紋波電壓對放大訊號產生調製,形成雜波;

    如果電檢視像的背景上有細橫條向上或向下滾動,可能是由激勵器中調製、校正等中頻單元的供電電源紋波過大引起。

    以上現象都可能是紋波在搗亂。紋波電壓高了,有可能使電子產品產生諧波、調製等,干擾正常的工作狀態;導致電源效率降低;影響數位電路的邏輯關係;干擾訊號的正常傳遞等等。較強的紋波會產生浪湧電壓或電流,有可能燒燬用電裝置

3.抑制紋波電壓的通常做法

    加大濾波電路中電容容量,或採用LC濾波電路,或採用多級濾波電路;以線性電源代替開關電源;合理佈線等。主要還是要根據實際情況,即每一款電源晶片的詳細手冊進行斟酌設計。

小結

    實際設計中,應結合電源晶片的手冊進行合理、謹慎的原理圖設計和PCB佈局,從而減小電源的紋波和噪聲;在硬體設計之初就應該對各部分電源進行測試,比如滿載時的輸出電壓紋波和噪聲值,以及空載時的對應值。畢竟到目前為止,板子上出現的問題基本都是因為電源設計考慮不周所引起的。