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易創峰講解分析開關電源的紋波和噪聲

    開關電源(包括AC/DC轉換器、DC/DC轉換器、AC/DC模塊和DC/DC模塊)與線性電源相比較,最突出的優點是轉換效率高,一般可達80%~85%,高的可達90%~97%;其次,開關電源采用高頻變壓器替代了笨重的工頻變壓器,不僅重量減輕,體積也減小了,因此應用范圍越來越廣。但開關電源的缺點是由于其開關管工作于高頻開關狀態,輸出的紋波和噪聲電壓較大,一般為輸出電壓的1%左右(低的為輸出電壓的0.5%左右),最好產品的紋波和噪聲電壓也有幾十mV;而線性電源的調整管工作于線性狀態,無紋波電壓,輸出的噪聲電壓也較小,其單位是μV。

    開關電源產生紋波和噪聲的原因和測量方法、測量裝置、測量標準及減小紋波和噪聲的措施。 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,里面有些交流成分,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。

    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沖串,由發生在開關導通與截止瞬間產生的尖脈沖所造成,也稱為開關噪聲。噪聲脈沖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。 利用示波器可以看到紋波和噪聲的波形,紋波的頻率與開關管頻率相同,而噪聲的頻率是開關管的兩倍。紋波電壓的峰峰值和噪聲電壓的峰峰值之和就是紋波和噪聲電壓,其單位是mVp-p。

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