交流噪聲在電力電子設(shè)備中抑制的幾種常用的方法

紋波噪聲是指在電力電子設(shè)備中由于開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作和電容、電感能量的周期性存放釋放導(dǎo)致交流電流和電壓的變化而產(chǎn)生的波動(dòng)，也稱(chēng)為交流噪聲。它會(huì)給電路帶來(lái)干擾，影響設(shè)備的性能和穩(wěn)定性，需要通過(guò)合適的設(shè)計(jì)和控制措施來(lái)降低。

噪聲是指疊加在紋波之上，非連續(xù)存在并無(wú)規(guī)律的電壓或者電流尖峰。也就是說(shuō)噪聲指的是疊加在紋波上的雜波。下面的圖1很好的描述了什么是紋波噪聲。

DC-DC轉(zhuǎn)換器是一種將直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種直流電壓的電源轉(zhuǎn)換器，常見(jiàn)于各種電子設(shè)備中。在DC-DC轉(zhuǎn)換器中，紋波噪聲是一個(gè)重要的考慮因素。要降低DC-DC轉(zhuǎn)換器的紋波噪聲可以采取以下幾種方法：

1. 選擇合適的元件：選擇具有低開(kāi)關(guān)損耗和低內(nèi)阻的開(kāi)關(guān)器件、電容和CA3140T電感元件，可以減小紋波噪聲的產(chǎn)生。

2. 合理設(shè)計(jì)PCB布局：合理設(shè)計(jì)電路板(PCB)的布局，減少回路面積、減小回路間的干擾是降低紋波噪聲的重要手段。

3. 使用濾波器：在DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入輸出端加入合適的濾波器電路，如LC濾波器、Pi濾波器等，可以有效濾除紋波成分，減小紋波噪聲。

4. 控制開(kāi)關(guān)頻率：控制DC-DC轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率，使得紋波頻率不與關(guān)鍵信號(hào)頻率重疊，可以避免紋波噪聲對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

5. 使用恰當(dāng)?shù)姆答伩刂撇呗裕翰捎煤线m的反饋控制策略，如電壓模式控制、電流模式控制等，可以有效降低紋波噪聲、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

通過(guò)以上方法的綜合應(yīng)用，可以有效降低DC-DC轉(zhuǎn)換器的紋波噪聲水平，提高電子設(shè)備的性能和可靠性。

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)，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。

2、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(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。

3、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(xiàn)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。

減小輸出共模紋波噪聲的常用方法:

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。

4、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(xiàn)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(xiàn)長(zhǎng)度等措施可以減少超高頻諧振噪聲。

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。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)。

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。