電源模塊紋波噪聲的測試方法

在應(yīng)用電源模塊常見的問題中，降低負(fù)載端的紋波噪聲是大多數(shù)用戶都關(guān)心的。那么模塊的紋波噪聲該如何降低?普科科技從紋波噪聲的波形、測試方式、模塊設(shè)計(jì)及應(yīng)用的角度出發(fā)，闡述幾種有效降低輸出紋波噪聲的方法。

紋波噪聲的常見測量工具是采用示波器+探頭的方式

紋波和噪聲即：直流電源輸出上疊加的與電源開關(guān)頻率同頻的波動(dòng)為紋波，高頻雜音為噪聲。

紋波的產(chǎn)生是由開關(guān)傳遞斷續(xù)的能量引起的，從開關(guān)電源的內(nèi)部設(shè)計(jì)來著手，可以提高開關(guān)管的頻率，使每次傳遞的能量減小從而減小紋波，也可以增大傳遞能量的電感值L，使電流的突變峰值降低，從而減小紋波的波動(dòng)幅度。

從模塊外部，尤其是在客戶端，可以增加輸出濾波電容來減小紋波，但不能無限加大電容，因?yàn)榇蠖鄶?shù)開關(guān)電源模塊有最大容性負(fù)載限制。

紋波噪聲的測試方法

對于中小微功率模塊電源的紋波噪聲測試，業(yè)內(nèi)主要采用平行線測試法和靠接法兩種。其中，平行線測試法用于引腳間距相對較大的產(chǎn)品，靠測法用于模塊引腳間距小的產(chǎn)品。

但不管用平行線測試法還是靠測法，都需要限制示波器的帶寬為20MHz。

平行線測試法

注1：C1為高頻電容，容量為1μF;C2為鉭電容，容量為10μF。

注2：兩平行銅箔帶之間的距離為2.5mm，兩平行銅箔帶的電壓降之和應(yīng)小于輸出電壓的2%

靠測法：去除地線夾測試的區(qū)別

測試紋波噪聲需要把地線夾去掉，主要是由于示波器的地線夾會(huì)吸收各種高頻噪聲，不能真實(shí)反映電源的輸出紋波噪聲，影響測量結(jié)果。

輸出濾波電容的影響:輸出濾波電容的容值、ESR對模塊輸出的紋波噪聲也有直接影響。

電感對紋波噪聲的影響:電感的感量及寄生電容對紋波噪聲的影響同樣顯著。一般地，感量大時(shí)對紋波抑制作用明顯，寄生電容小的電感對噪聲抑制效果好。

如果在電源模塊選型中，選用低紋波噪聲的電源模塊，可省去外圍電路的搭建。普科科技致力于示波器測試附件配件研發(fā)、生產(chǎn)及銷售

1、低頻紋波噪聲

主要是由于開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)的快速變化導(dǎo)致的。在開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷過程中，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采取專門設(shè)計(jì)的EMI濾波器;

②降低開關(guān)刺幅度。

4、超高頻諧振噪聲

是由于開關(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)電容小的開關(guān)管;

③減少布線長度。

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題;

②合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的開環(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，對抑制輸出電壓紋波是有益的。