紋波電壓的來(lái)源及解決方法
輸入低頻紋波
(1) 增加輸出低頻濾波的電感、電容容量及數(shù)量
低頻紋波與輸出電路的濾波電容容量及 ESR 相關(guān)：
充放電時(shí)的電壓升降量：Vripple1=Imax/(Co×f)——加大輸出電容值，可以減小紋波 ；
電流進(jìn)/出電容時(shí) ESR 上電壓降量：Vripple2=I*ESR—-采用并聯(lián)的方式減小 ESR 值,或者使用 Low ESR 電容，可以減小紋波；
但電容的容量不可能無(wú)限制地增加，因此可另外采用前饋控制方法，降低低頻紋波分量(前饋控制 feed forward control(FFC)是按照擾動(dòng)產(chǎn)生校正作用的一種調(diào)節(jié)方式，其目的是加速系統(tǒng)響應(yīng)速度，改善系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，主要用于一些純滯后或容量滯后較大的被控參數(shù)的控制)；
(2) 增加輸出走線(Trace)的寬度。
高頻紋波
高頻紋波噪聲來(lái)源于高頻功率開(kāi)關(guān)變換電路。
(1) 適當(dāng)提高開(kāi)關(guān)頻率，以提高高頻紋波頻率；
(2) 采用多級(jí)濾波。
寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲
主要由于功率器件與散熱器底板，變壓器原、副邊之間存在寄生電容及導(dǎo)線存在寄生電感引起。
(1) 減小與控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容，并將散熱器有效接地(可選擇通過(guò)電容接地，或電容串 電阻接地)，同時(shí)在輸出側(cè)加共模電感及電容;
(2) 降低開(kāi)關(guān)尖刺幅度(降低漏感、開(kāi)關(guān)管與整流管的寄生電容，適當(dāng)調(diào)整 RCD 參數(shù)等）。
功率器件開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲
主要來(lái)源于：
(1) 高頻整流二極管反向恢復(fù)時(shí)二極管結(jié)電容、功率器件開(kāi)關(guān)時(shí)功率器件結(jié)電容與線路寄生電感的諧振，其頻率一 般為 1-10MHz；可以通過(guò)選用軟恢復(fù)特性二極管、結(jié)電容小的開(kāi)關(guān)管和減少布線長(zhǎng)度等措施可以減少超高頻諧振 噪聲。
(2) 分布及寄生參數(shù)引起的開(kāi)關(guān)電源噪聲
開(kāi)關(guān)電源的分布參數(shù)是多數(shù)干擾的內(nèi)在因素，開(kāi)關(guān)電源和散熱器之間的分布電容、變壓器初次級(jí)之間的分布 電容、原副邊的漏感都是噪聲源。
共模干擾就是通過(guò)變壓器初、次級(jí)之間的分布電容以及開(kāi)關(guān)電源與散熱器之間的分布電容傳輸?shù)摹Ｆ渲凶儔?器繞組的分布電容與高頻變壓器繞組結(jié)構(gòu)、制造工藝有關(guān)。
可以通過(guò)改進(jìn)繞制工藝和結(jié)構(gòu)、增加繞組之間的絕緣、采用法拉第屏蔽等方法來(lái)減小繞組間的分布電容。
而開(kāi)關(guān)電源與散熱器之間的分布電容與開(kāi)關(guān)管的結(jié)構(gòu)以及開(kāi)關(guān)管的安裝方式有關(guān)。采用帶有屏蔽的絕緣襯墊 可以減小開(kāi)關(guān)管與散熱器之間的分布電容。
設(shè)計(jì) PCB 板最好注意以下幾點(diǎn):
從輸入到輸出最好按順序走線；
開(kāi)關(guān)變壓器底下和附近不走取樣電路，保護(hù)電路，主芯片及振蕩相關(guān)電路的線路；
總接地點(diǎn)取在輸出濾波電容上比較合適，各電路接地點(diǎn)應(yīng)從總接地點(diǎn)分別引出；
驅(qū)動(dòng)信號(hào)到開(kāi)關(guān)管走線盡可能短，且盡可能的粗，開(kāi)關(guān)變壓器到輸出整流管也是一樣；
閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲
在調(diào)節(jié)器輸出增加對(duì)地的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償可抑制調(diào)節(jié)器自激引起的紋波增大；
合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)和閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)過(guò)大有時(shí)會(huì)引起調(diào)節(jié)器的振蕩或自激，使輸出紋彼含量增加，過(guò)小的開(kāi)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(kāi)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(fù)載狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)，以獲得足夠的環(huán)路穩(wěn)定裕量。
在反饋通道中不增加純滯后濾波環(huán)節(jié)，使延時(shí)滯后降到最小，以增加閉環(huán)調(diào)節(jié)的快速性和及時(shí)性，對(duì)抑制輸出電壓紋波是有益的。
根據(jù)上述內(nèi)容，紋波電壓在電源電路中是無(wú)法徹底消除的，只能盡量減小，即使采用電池供電也會(huì)因負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生波紋。
紋波電壓的測(cè)量方法
1、 前端連接線和地環(huán)路的長(zhǎng)度：長(zhǎng)的地環(huán)路會(huì)拾取更多開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射以及地噪聲，因此需要使用盡可能短的地線連接。
2、 探頭的衰減比：大衰減比的探頭會(huì)使得小信號(hào)幅度更加微弱，甚至淹沒(méi)在示波器底噪聲里，所以應(yīng)該盡量使用 1:1 衰減比的探頭。
3、 帶寬限制：很多電磁噪聲和示波器的底噪聲都是寬帶的，設(shè)置合適的帶寬限制可以濾除額外的噪聲。很多電源紋波噪聲測(cè)試場(chǎng)合使用 20MHz 的帶寬限制，也有些芯片會(huì)要求測(cè)到 80MHz 或 200MHz。
4、 測(cè)量量程：通常會(huì)在小量程檔下（比如 10mv/格或 20mv/格）進(jìn)行電源紋波的測(cè)試。量程打得越大，示波器的底噪聲越高。但有些示波器的偏置范圍有限，在小檔位下時(shí)可能不能夠把被測(cè)的直流電壓信號(hào)拉回到屏幕中心附近進(jìn)行測(cè)量，所以很多時(shí)候會(huì)使用示波器的 AC 耦合功能把直流隔離掉再進(jìn)行紋波噪聲測(cè)試。
5、 輸入阻抗：很多示波器有 50 歐姆和 1M 歐姆的輸入阻抗選擇，通常 50 歐姆輸入阻抗下示波器的底噪聲更低。不過(guò)示波器連接大部分無(wú)源探頭時(shí)都會(huì)自動(dòng)把阻抗切換到 1M 歐姆，只有連接有源探頭或同軸電纜時(shí)才可以設(shè)置為 50 歐姆輸入阻抗。
在進(jìn)行實(shí)際測(cè)試之前，一個(gè)比較好的習(xí)慣是先檢查一下當(dāng)前使用的設(shè)備和設(shè)置下的系統(tǒng)的底噪聲。
下面圖中的 5 個(gè)波形分別是使用 500M 的 S 系列示波器在使用不同的探頭和帶寬設(shè)置下的底噪聲結(jié)果。
波形從上到下依次為：50 歐姆輸入阻抗，1:1 探頭，500MHz 帶寬；1M 歐姆輸入阻抗，1:1 探頭，20MHz 帶寬；1M 歐姆輸入阻抗，1:1 探頭，500MHz 帶寬；1M 歐姆輸入阻抗，10:1 探頭，20MHz 帶寬；1M 歐姆輸入阻抗，10:1 探頭，500MHz 帶寬。
其底噪聲的峰峰值從不到 1mV 直到接近 30mV，可見(jiàn)測(cè)試中探頭、帶寬、輸入阻抗設(shè)置的重要性。
如果手頭實(shí)在沒(méi)有合適的低衰減比的探頭，也可以參考下圖用 50 歐姆的同軸電纜用如下方式自制一個(gè)探頭。
實(shí)際上就是把電纜的一頭接在示波器上，示波器設(shè)置為 50 歐姆輸入阻抗；電纜的另一頭剝開(kāi)，屏蔽層焊接在被測(cè)電路地上，中心導(dǎo)體通過(guò)一個(gè)隔直電容連接被測(cè)的電源信號(hào)。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是低成本，低衰減比，缺點(diǎn)是一致性不好，隔直電容參數(shù)及帶寬不好控制。
TPS62111RSAR 紋波設(shè)計(jì)值
TPS62111RSAR 紋波實(shí)測(cè)值
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