直流開關(guān)電源紋波的抑制方法探討及措施
開關(guān)電源因具有效率高,，輸出電壓可調(diào)范圍大、損耗小,、體積小,、重量輕而得到了廣泛的應(yīng)用,。但開關(guān)電源體積小，輸出直流電壓的紋波含量比同功率線性電源大,，如何降低紋波含量成為開關(guān)電源應(yīng)用中的一個關(guān)鍵技術(shù)難點,，本文闡述開關(guān)電源紋波產(chǎn)生的原因和通常的解決方法，詳細介紹了開關(guān)電源設(shè)計中降低輸出紋波所采用的一系列措施,，并對其有效性進行了理論分析,。
一、開關(guān)電源的概念
習(xí)慣上，高頻開關(guān)整流AC-DC和DC-DC變換器被稱作開關(guān)電源,。由于其高工作頻率,，帶來了設(shè)備的體積和重量的減小。由于開關(guān)電源的變換效率高,，能量損耗減少,，降低了電源環(huán)境溫度，改善了工作人員的環(huán)境,。工作性能的提高,。相對于相控電源來說，開關(guān)電源不僅節(jié)省能源,，也節(jié)省了材料和體積,。
開關(guān)電源產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域有計算機、通信辦公設(shè)備,、控制設(shè)備,、電子儀器、電視,、攝像機,、電子游戲機等產(chǎn)品。在電腦,、電子儀器和通信系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛的開關(guān)電源,，在近半個世紀的發(fā)展過程中，因具有輕,、小,、效等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)的線性電源和相控電源，成為電子電源中的產(chǎn)品,。
開關(guān)電源發(fā)展中一個永恒的主題是實現(xiàn)電源的高頻率,、效率、小體積,、低成本,。高工作頻率，可以提高動態(tài)響應(yīng),，也是減少體積和重量的重要途徑,；效率，減少熱損耗,，實現(xiàn)高功率密度,；小體積，減少變壓器,，電感和電容的體積,，同時還要兼顧高可靠性和低成本,。
二、開關(guān)電源紋波產(chǎn)生的機理和解決方案
1,、紋波產(chǎn)生的機理
常規(guī)AC/DC,，關(guān)電源的工作模式是把電網(wǎng)電壓全波整流變?yōu)橹绷麟姡?jīng)高頻開關(guān)變換由開關(guān)變壓器隔離并升,、經(jīng)高頻二極管整流濾波后以直流電輸出,。開關(guān)電源輸出紋波主要來源于五個方面：輸入低頻紋波、高頻紋波,、寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲,、功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲和閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。
（1）低頻紋波
低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關(guān),。由于開關(guān)電源體積的限制，電解電容的容量不可能無限制地增加,，導(dǎo)致輸出低頻紋波的殘留,，該輸出紋波頻率隨整流電路方式的不同而不同。
一般的開關(guān)電源由AC / DC和DC / DC兩部分組成,。AC / DC的基本結(jié)構(gòu)為整流濾波電路,，它輸出的直流電壓中含有交流低頻紋波，其頻率為輸入交流電源頻率的二倍,，幅值與電源輸出功率及濾波電容容量有關(guān),，一般控制在10%以內(nèi)。該交流紋波經(jīng)DC/DC變換器衰減后,，在開關(guān)電源輸出端表現(xiàn)為低頻噪聲,，其大小由DC/DC變換器的變比和控制系統(tǒng)的增益決定。例如：對普通24V電源來說,，電壓型控制DC/DC變換器的紋波抑制比一般為45～50dB,，其輸出端的低頻交流紋波有效值為60～120mV。電流型控制DC / DC變換器的紋波抑制比稍有提高,，但其輸出端的低頻交流紋波仍較大,。若要實現(xiàn)開關(guān)電源的低紋波輸出，則必須對低頻電源紋波采取濾波措施,?？刹捎们凹夘A(yù)穩(wěn)壓和增大DC / DC變換器閉環(huán)增益來消除。
（2）高頻紋波
高頻紋波噪聲來源于高頻功率開關(guān)變換電路,，在電路中,，通過功率器件對輸入直流電壓進行高頻開關(guān)變換而后整流濾波再實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的，在其輸出端含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波,，其對外電路的影響大小主要和開關(guān)電源的變換頻率,、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān),，設(shè)計中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對高頻開關(guān)紋波的濾波要求,。
（3）共模紋波噪聲
由于功率器件與散熱器底板和變壓器原,、副邊之間存在寄生電容，導(dǎo)線存在寄生電感,，因此當矩形波電壓作用于功率器件時,，開關(guān)電源的輸出端因此會產(chǎn)生共模紋波嗓聲。減小與控制功率器件,、變壓器與機殼地之間的寄生電容,，并在輸出側(cè)加共模抑制電感及電容，可減小輸出的共模紋波噪聲,。
（4）超高頻諧振噪聲
超高頻諧振噪聲主要來源于高頻整流二極管反向恢復(fù)時二極管結(jié)電容,、功率器件開關(guān)時功率器件結(jié)電容與線路寄生電感的諧振，頻率一般為1～10MHz,，通過選用軟恢復(fù)特性二極管,、結(jié)電容小的開關(guān)管和減少布線長度等措施可以減少超高頻諧振噪聲。
（5）閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲
開關(guān)電源都需對輸出電壓進行閉環(huán)控制,，調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計的不適當也會引起紋波,。當輸出端波動時通過反饋網(wǎng)絡(luò)進入調(diào)節(jié)器回路，可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的自激振蕩,，引起附加紋波,。此紋波電壓一般沒有固定的頻率。
2,、抑制紋波的一般措施和方法
（1）低頻紋波的抑制
低頻紋波抑制的幾種常用的方法：
a,、加大輸出低頻濾波的電感，電容參數(shù),，帶通信直流穩(wěn)壓電源,，使低頻紋波降低到所需的指標。
b,、采用前饋控制方法,，降低低頻紋波分量。
（2）高頻紋波的抑制
高頻紋波抑制的目的是給高頻紋波提供通路,，常用的方法有以下幾種：
a,、提高開關(guān)電源工作頻率，以提高高頻紋波頻率,，有利于抑制輸出高頻紋波,。
b、加大輸出高頻濾波器,，可以抑制輸出高頻紋波,。
c,、采用多級濾波。
（3）共模紋波噪聲的抑制
減小輸出共模紋波嗓聲的常用方法：
a.輸出采用專門設(shè)計的EMI濾波器
b.降低開關(guān)毛刺幅度
（4）閉環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)不適當引起的紋波抑制
在開關(guān)直流電源中,，往往因調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇不適當會引起輸出紋波的增大,，這部分紋波可通過以下方法進行抑制。
a,、在調(diào)節(jié)器輸出增加對地的補償網(wǎng)絡(luò),，調(diào)節(jié)器的補償可抑制調(diào)節(jié)器自激引起的紋波增大。
b,、合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)和閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù),，開環(huán)放大倍數(shù)過大有時會引起調(diào)節(jié)器的振蕩或自激，使輸出紋彼含量增加,，過小的開環(huán)放大倍數(shù)使輸出電壓穩(wěn)定性變差及紋波含量增加,，所以調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)及閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)要合理選取，調(diào)試中要根據(jù)負載狀況進行調(diào)節(jié),。
c,、在反饋通道中不增加純滯后濾波環(huán)節(jié)，使延滯后降到小,，直流穩(wěn)壓電源定做，以增加閉環(huán)調(diào)節(jié)的快速性和及時性,，對抑制輸出電壓紋波是有益的,。
