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deEMC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deEMC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、dianyuanzaoshengdefengzhifuduzaochengkaiguanpinlvdeshangshengyanhuoxiajiangyanchuxiancuowu。erwenbodechanshengshizaiwenyadianyuanxinpianshuchudebuwendingzaochengdianyuanzaoshengyuliangbuzu,shidewenbodechansheng。
(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) duiyudiyizhongkaiguandianyuanchanshengdezaosheng,shixinpianzishenjuedingde,yincizhezhongzaoshengwomenzhinengjieshou,danshixuanzehaoyidiandewenyadianyuanxinpianshibiyaode。zheyangjiukeyijianshaobufenzaosheng,jieshoudezaoshengbiranbuhuitaigao。
(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EMIwentiyeshizuizhuyaode。benwenzhuyaofenxilekaiguandianyuanzaoshengchanshengdesangeyuanyin,yijiduiyingdecuoshi,houxuhaihuijixugeidajiadailaigengduoyouguanyudianyuanzaoshengdewenzhang,huanyingdajiachixuguanzhu。
(來源:韜略科技EMC)
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