开关电源低频纹波的抑制方法.pdf

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1、第17卷第7期鼋涤技左阖Vo1．17NO．72014年7月POWERSUPPLYrECHNOLOGIESANDAPPLICATIONSJuly．2014开关电源低频纹波的抑制方法王凤娟(西安微电子技术研究所电源设计事业部，陕西西安710075)摘要：讨论了开关电源中的低频纹波产生的原因，文中对低频纹波的抑制方法进行了分析，并进行了实验验证。关键词：开关电源；低频纹波；抑制；环路ConstraintMethodsforLowFrequencyRippleofSwitchingPowerSupplyWANGFeng-juanAbstr

2、act：Thegeneratereasoninswitchpowersupplyisdiscussed，Tothequestion，somesuppressantmethodsareanalyged，andfurthermorethemethodsarevalidated．Keywords：switchpowersupply；low~equeneyripple；constraint；loop中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：0219-2713(2014)07—0050-04开关电源受体积、结构、成本等因素制约，输出度存在

3、差异。某些纹波敏感设备需要电源的输出交端一般无法安装能彻底滤除交流纹波的足够大容流纹波被抑制到非常低的量级。交流输入引起的低量的电容器。电源的直流输出电平上大多会叠加一频纹波为交流市电的倍频纹波，根据傅立叶变换理定量级的交流纹波分量。纹波依频率差异可分为两论可知．该类低频纹波的能量大，且可成为高频纹种：交流输人引起的低频纹波分量和具有电源开关波的载波信号，其存在将导致电源的输出纹波有效频率的高频开关纹波。后者的能量小、频率高，在电值明显增大。故探求有效的低频纹波抑制方法至关源的输出端并联低ESR的小容量高频瓷介电容即重要。可达到明

4、显的抑制效果。而前者因其频率低，能量本文对AC／DC两级变换电源中低频交流纹波大，抑制也更加复杂和困难。的抑制方法进行了分析和试验验证。验证结果表不同的用电设备对电源输出交流纹波的容忍明，文中的几种方法对低频纹波的抑制均可起到一定的效果，具有一定的工程实用价值。收稿日期：2014—05—23—50一第17卷第7期鼋濠敷JilVo1．17No．72014年7月P0WERSUPPLYTECHNOLOGIESANDAPPLICATIONSJuly．20l4l一O嘏0最好。为G的倒数。增益曲线在附近是斜率为0的水平直线。增益曲线上升的转折

5、频率为(零点)，下降2．4后级变压器的原、副边之间加电容的转折频率为(极点)和的位置决定系统的在变压器的原、副边之间安装容量合适的电相位裕量。容．同样可以对低频纹波起到一定的抑制作用。值图3中的增益特性可以用图4所示具有一个得注意的是，该电容一般仅选耐压高、容量小的瓷输入电阻和一个反馈电阻的运算放大器进行等效。介电容。2．5调整后级DC／DC变换器闭环增益图3为一个典型的系统伯德图。在进行电源反馈环路设计时，一般应使低频段的开环增益尽可能的大，这样低频纹波将能够减小到非常低的水平。在剪切频率．，=0左端的某一频率开始，随着频率降低

6、，误差放大器的增益应迅速增加。中频段应主要图4系统的等效运算放大器考虑系统的稳定性设计，同时需兼顾幅频特性和相在低频段，C．的阻抗远大于R，的阻抗可以频特性。足够的中频段带宽才能保证系统的稳定裕忽略。则增益为。。。随着频率的降低，该增益以度。高频段的性质主要影响系统的抗噪声能力以及20dB／10倍频程(斜率为+1)的速率上升，在频率为系统迅速运动时的动态性质．该频段并不希望有很100Hz(交流电网整流后的低频纹波频率)处获得较大的增益．以防止高频噪声干扰在系统中放大，并大的增益。电容的容抗随频率升高而减小，在转折传递到输出端，使系

7、统的抗噪性能降低。频率f,=l／2'rrR：C。处，c的阻抗。小于R：，增益曲一般情况下，进行系统反馈环路设计时，只需线的斜率由一1转折为水平线，等于R．。在高频考虑误差放大器、脉宽调制器、滤波网络就可以了。段，的阻抗大于R。，忽略尺在电路中的作用，在定义系统增益为G，该增益为系统控制环路中各关转折频率=键环节的增益总和。1／2"rrR：C处开始以一20dB／10倍频程(斜率为一1)的斜率下降，增益为L=2／R。Gt=G。(LC滤波器)+G(PWM调制器)十G(输出选择转折频率和，使它们满足=illS,电压采样电。(1)与离得越远

8、，在剪切频率。处的相位裕量越图3中，在剪切频率．处，误差放大器的增益．．．大。大的相位裕度是设计中所期望的，但低的会使100Hz处的低频增益较低，从而导致该频率下的低频纹波衰减效果较差图5中，若频率转折点为。，则与相比，．．100Hz处的增益较小，