電源設(shè)計(jì)中如何抑制紋波噪聲

紋波噪聲是衡量電源的一個(gè)重要指標(biāo)，一個(gè)好的電源必須要把輸出紋波噪聲控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。但一般有哪些行之有效的降低紋波噪聲的對(duì)策呢？下面我們拋磚引玉，簡(jiǎn)單討論常用的八個(gè)方法。

1、電源PCB走線和布局
反饋線路應(yīng)避開磁性元件、開關(guān)管及功率二極管。

輸出濾波電容放置及走線對(duì)紋波噪聲至關(guān)重要，如圖1所示，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于到達(dá)每個(gè)電容的阻抗不一樣，所以高頻電流在三個(gè)電容中分配不均勻，改進(jìn)設(shè)計(jì)中可以看出每個(gè)回路長(zhǎng)度相當(dāng)即高頻電流會(huì)均勻分配到每個(gè)電容中。

圖1 電源PCB走線優(yōu)化
如果PCB是多層板，可以選擇和主電流回路層最近一層覆地，覆地可以有效的解決噪聲問(wèn)題，注意，盡量保證覆地的完整性。
2、場(chǎng)效應(yīng)管D級(jí)與輸入正之間加RCD
一般選擇場(chǎng)效應(yīng)管的反向恢復(fù)時(shí)間要比二極管D1慢2~3倍，以避免形成直通電流，此電流會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)，可增大輸出噪聲干擾，所以可人為的通過(guò)柵極電阻R4來(lái)減慢開關(guān)管的開關(guān)速度。為了不影響關(guān)斷速度可以在柵極電阻并聯(lián)一個(gè)二極管D2如圖2所示。

圖2 場(chǎng)效應(yīng)管優(yōu)化電路
3、場(chǎng)效應(yīng)管DS端并聯(lián)RC
可以在場(chǎng)效應(yīng)管DS兩端并聯(lián)一個(gè)RC電路也可以有效的降低噪聲干擾如圖2所示，電容C2一般在100P左右，電容值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)損耗加大，電阻R2一般選取小于10Ω電阻。
4、輸出二極管兩端并聯(lián)RC
二極管在高速導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，反向恢復(fù)期間，二極管的寄生電感和電容會(huì)產(chǎn)生高頻振蕩，為了抑制高頻振蕩可在二極管兩端加RC緩沖電路如圖2所示，電阻R3一般在1Ω~100Ω，電容C3一般在100pF~1nF，如果電源工作頻率較低，效率滿足要求的話，二極管D3可以選擇反向恢復(fù)時(shí)間較慢的二極管。
5、輸出加二級(jí)LC濾波
LC對(duì)噪聲和紋波抑制效果比較明顯，根據(jù)紋波頻率選擇合適電感電容值，但由于柱形電感價(jià)格低體積小的優(yōu)點(diǎn)，所以一般LC中電感大都會(huì)選擇柱形電感，然而柱形電感是開放式磁結(jié)構(gòu)，對(duì)周圍會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重磁干擾，我們可以采用兩個(gè)電感并排放置，且電流流入方向相反，即有助于引導(dǎo)磁通從一個(gè)磁柱到另一個(gè)磁柱，從而可以降低電磁干擾，如圖3所示。

圖3 二級(jí)LC濾波原理
6、變壓器初次級(jí)之間加法拉第屏蔽層
變壓器的繞組通過(guò)高頻電流時(shí)，變壓器將變成有效的磁場(chǎng)天線，變壓器繞組又承受跳躍電壓，即變壓器也變成了電場(chǎng)天線，在初次級(jí)之間加法拉第屏蔽層可收集隔離邊界處的噪聲電流，并予以轉(zhuǎn)移到原邊地，但銅箔應(yīng)為非常薄的銅箔帶，盡量避免渦流損耗并減小漏感，注意，銅屏蔽層末端不應(yīng)有電連接，否則會(huì)形成磁短路。
7、降低變壓器漏感
采用三明治繞法可使初次級(jí)繞組耦合更加緊密，使漏感得以減小，從而到達(dá)減小噪聲的目的。
8、變壓器輸出繞組并聯(lián)的合理設(shè)計(jì)
當(dāng)電源輸出電流較大時(shí)，通常我們會(huì)采用兩個(gè)繞組并聯(lián)的方式進(jìn)行使用，這兩個(gè)繞組通常分置于原邊繞組內(nèi)外，所以直流阻抗會(huì)略有差異，從而有可能產(chǎn)生內(nèi)部環(huán)流，電壓波形也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的振鈴，并且電磁干擾會(huì)變的更加嚴(yán)重，以及有可能會(huì)出現(xiàn)意外的大量發(fā)熱，如果輸出繞組一定需要并聯(lián)使用，最好采用如圖4的推薦電路，圖4推薦電路中二極管可以消除兩個(gè)不同繞組的不均勻?qū)е碌呢?fù)面影響。

圖4 變壓器輸出繞組并聯(lián)推薦電路

在設(shè)計(jì)電源時(shí)，有上述八種方式可降低輸出的紋波噪聲，如果選用成品電源，不管是模塊電源、普通開關(guān)電源、電源適配器等，這部分的工作一般都由電源設(shè)計(jì)廠家完成，客戶只需關(guān)注規(guī)格書寫明的輸出紋波噪聲即可。如致遠(yuǎn)電子的模塊電源，會(huì)標(biāo)出典型的紋波噪聲值，如E_UHBDD-6W系列，典型值為60mV VP-P。