因為電源的反饋端加入了前饋電容,所以與反饋電阻形成新的零點和極點,雖然Cff在其零點頻率之后引入了增益提升,此處涉及較深的控制理論,不再展開敘述。輸出的高頻信號可快速地通過電容到達芯片的FB管腳,使得電源芯片快速響應(yīng)后級負載的變化。
COT架構(gòu)跟傳統(tǒng)的固定頻率控制方式相比具有更快的動態(tài)響應(yīng),在低占空比應(yīng)用時這種優(yōu)勢會更明顯。當負載突變時,輸出電壓下降,當?shù)陀趨⒖茧妷簳r會立即打開高側(cè)開關(guān),而不像固定頻率控制中必須接收外部時鐘信號的觸發(fā)才開啟高側(cè)開關(guān),在TON階段電感電流上升,如果反饋電壓仍低于參考電壓,會在一個最小關(guān)斷時間后再次啟動新的TON,高側(cè)開關(guān)會重復(fù)這種連續(xù)開啟直到輸出電壓和電感電流都達到預(yù)期值,這也是COT快速動態(tài)響應(yīng)的來源,通過改變開關(guān)頻率來影響占空比并達到穩(wěn)定輸出的效果。例如:MPS公司的芯片MPQ8633A、MPQ8633B等
DCDC輸出紋波大小是電源平面系統(tǒng)性的問題,在絕大多數(shù)情況下通過以上措施理論上可以減小輸出的紋波,但是也要注意PCB的布局與布線,比如:功率環(huán)路盡量小,反饋走線盡量短且遠離其他干擾信號線等。隨著開關(guān)電源的發(fā)展,越來越多的傳統(tǒng)線性電源被其優(yōu)越的性能替代,然而開關(guān)電源的輸出紋波一直是令工程師頭疼的問題,那么什么是電源紋波,它又是如何產(chǎn)生的呢?我們知道,開關(guān)電源輸出的直流電壓是由交流電壓經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后得到的。由于電路中濾波電路設(shè)計不盡合理,直流電平之上就會附著包含周期且隨機的雜波,這就產(chǎn)生了紋波。在額定輸出電壓、電流的情況下,輸出直流電壓中的交流電壓的峰值就是通常所說的紋波電壓。簡單來說,紋波就是疊加在穩(wěn)定直流輸出上的交流成分。
測試電源紋波及抑制電源紋波的方法
開關(guān)電源中攜帶的紋波會在降低電源的使用效率,較高的紋波還可能會產(chǎn)生浪涌電壓或電流,并且在數(shù)字電路中紋波還會干擾電路邏輯電平關(guān)系,是百害無一利的;在開關(guān)電源的設(shè)計的過程中,我們不僅需要正確地測量紋波,并且要盡可能將紋波降低。
測量紋波的正確方法,通常需要以下幾個步驟:
1. 首先探頭要選擇合適的檔位,普通情況下建議使用X1檔,避免不必要的噪聲衰減影響紋波的測量;
2. 選擇通道耦合方式為AC耦合,限制直流信號的輸入;
3. 打開示波器的“帶寬限制”功能,選擇“20MHz”帶寬限制,將不必要的高頻噪聲濾除;
4. 為避免電磁輻射等對信號的干擾,在測量時建議使用“接地彈簧”接地,避免長接地線帶來的不必要干擾;
5. 調(diào)整水平時基,垂直檔位及偏移,使紋波信號在屏幕的中央顯示(圖2藍框內(nèi)所示為示波器紋波測試結(jié)果)。
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;
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。當開關(guān)電源工作在高頻時,電位差會導(dǎo)致電流在元件之間流動,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,需要采取措施進行抑制。
抑制方法:
①采取專門設(shè)計的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。當開關(guān)電源工作在高頻時,元件之間的諧振效應(yīng)會導(dǎo)致電流和電壓的波動,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償網(wǎng)絡(luò),這是因為該補償可以抑制調(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滯后降到最低,以此增加閉環(huán)調(diào)節(jié)的快速性和及時性,對抑制輸出電壓紋波是有益的。