如何采用前饋控制方法，降低低頻紋波分量

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(kāi)關(guān)電源體積的限制，電解電容的容量不可能無(wú)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(kāi)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?xún)?nèi)。該交流紋波經(jīng)DC/DC變換器衰減后，在開(kāi)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。

(低頻紋波)

例如：對(duì)普通24V電源來(lái)說(shuō)，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(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源的低紋波輸出，則必須對(duì)低頻電源紋波采取濾波措施?？刹捎们凹?jí)預(yù)穩(wěn)壓和增大DC/DC變換器閉環(huán)增益來(lái)消除。

2低頻紋波的抑制

a、加大輸出低頻濾波的電感，電容參數(shù)，使低頻紋波降低到所需的指標(biāo)。

b、采用前饋控制方法，降低低頻紋波分量。

3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，在電路中，通過(guò)功率器件對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行高頻開(kāi)關(guān)變換而后整流濾波再實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的，在其輸出端含有與開(kāi)關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對(duì)外電路的影響大小主要和開(kāi)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(jì)中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對(duì)高頻開(kāi)關(guān)紋波的濾波要求。

(高頻紋波)

4高頻紋波的抑制

a、提高開(kāi)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(jí)濾波。

5 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(dāng)矩形波電壓作用于功率器件時(shí)，開(kāi)關(guān)電源的輸出端因此會(huì)產(chǎn)生共模紋波噪聲。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。

6共模紋波噪聲

a.輸出采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的EMI濾波器

b.降低開(kāi)關(guān)毛刺幅度

7超高頻諧振噪聲

超高頻諧振噪聲主要來(lái)源于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，頻率一般為1～10MHz，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。

(超高頻諧振噪聲)

8超高頻諧振噪聲的抑制

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。

9閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲

開(kāi)關(guān)電源都需對(duì)輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)的不適當(dāng)也會(huì)引起紋波。當(dāng)輸出端波動(dòng)時(shí)通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(méi)有固定的頻率。

(閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲)

10閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲的抑制

在開(kāi)關(guān)直流電源中，往往因調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇不適當(dāng)會(huì)引起輸出紋波的增大，這部分紋波可通過(guò)以下方法進(jìn)行抑制。

a、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。

b、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，使輸出紋波含量增加，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)。

c、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。

1、低頻紋波噪聲

主要是由于開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)狀態(tài)的快速變化導(dǎo)致的。在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷過(guò)程中，電流和電壓的快速變化會(huì)產(chǎn)生低頻紋波噪聲。這種噪聲通常具有較低的頻率，但可能對(duì)電路性能產(chǎn)生較大影響。

抑制方法：

①加大輸出低頻濾波的電感和電容參數(shù)，使其降低到所需的指標(biāo);

②采取前反饋控制方法，降低低頻紋波分量。

2、高頻紋波噪聲

主要是由于開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部電路中的元件參數(shù)不匹配或寄生效應(yīng)導(dǎo)致的。例如，電容器的寄生電感、電阻器的寄生電容等都會(huì)產(chǎn)生高頻紋波噪聲。這種噪聲通常具有較高的頻率，但幅度相對(duì)較小。

抑制方法：

①采用多級(jí)濾波;

②加大輸出高頻濾波器，可抑制輸出高頻紋波;

③提高開(kāi)關(guān)電源工作頻率，以此提高高頻紋波頻率。

3、共模紋波噪聲

是由于開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部電路中的元件之間存在電位差而產(chǎn)生的。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源工作在高頻時(shí)，電位差會(huì)導(dǎo)致電流在元件之間流動(dòng)，從而產(chǎn)生共模紋波噪聲。這種噪聲對(duì)電路性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，需要采取措施進(jìn)行抑制。

抑制方法：

①采取專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的EMI濾波器;

②降低開(kāi)關(guān)刺幅度。

4、超高頻諧振噪聲

是由于開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部電路中的元件之間存在諧振效應(yīng)而產(chǎn)生的。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源工作在高頻時(shí)，元件之間的諧振效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電流和電壓的波動(dòng)，從而產(chǎn)生超高頻諧振噪聲。這種噪聲對(duì)電路性能和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響，需要采取措施進(jìn)行抑制。

抑制方法：

①采用軟恢復(fù)特性二極管;

②使用結(jié)電容小的開(kāi)關(guān)管;

③減少布線長(zhǎng)度。

5、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲

閉環(huán)調(diào)節(jié)控制是開(kāi)關(guān)電源中常用的控制方法之一。然而，閉環(huán)調(diào)節(jié)控制可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部電路中的元件參數(shù)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生紋波噪聲。這種噪聲通常具有較低的頻率，但可能對(duì)電路性能產(chǎn)生較大影響。

抑制方法：

①在調(diào)節(jié)器輸出增加對(duì)地的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，這是因?yàn)樵撗a(bǔ)償可以抑制調(diào)節(jié)器自激引起的紋波增大問(wèn)題;

②合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)和參數(shù)，最好根據(jù)負(fù)載狀況調(diào)節(jié);

③在反饋通道中不增加純滯后濾波環(huán)節(jié)，這樣做的好處是可以使延時(shí)滯后降到最低，以此增加閉環(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。