• 正文
    • ??紋波噪聲的測試方法
    • ??去除地線夾測試的區(qū)別
    • ??輸出濾波電容的影響
    • ??電感對紋波噪聲的影響
    • ??非紋波的震蕩處理
    • ??小結
  • 推薦器件
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【技術分享】降低電源紋波噪聲的方法與實例

2023/08/04
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在應用電源模塊常見的問題中,降低負載端的紋波噪聲是大多數(shù)用戶都關心的。下文結合紋波噪聲的波形、測試方式,從電源設計外圍電路的角度出發(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品,靠測法用于模塊引腳間距小的產品。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。

具體如圖1和圖2所示。

圖1?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小于輸出電壓的2%。

圖2?靠接測試法

??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吸收各種高頻噪聲,不能真實反映電源的輸出紋波噪聲,影響測量結果。下面的圖3和圖4分別展示了對同一個產品,使用地線夾及取下地線夾測試的巨大差異。

圖3?使用地線夾測試-示波器垂直分辨率200mv/div

圖4?去除地線夾測試-示波器垂直分辨率50mv/div

??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。對比同一個產品在外圍是否增加電容對紋波噪聲影響。不加外接電容時,測試輸出的紋波噪聲,如圖5所示,約為100mV。同樣的輸入、負載條件下,電源的輸出端加226的MLCC,實測電源輸出的紋波噪聲降到不到40mV。

圖5?無外接電容

圖6?外加226電容

實際應用時,電容除容量、ESR外,建議負載端的電容在回到電源之前,先匯集到輸出電容,經過電容濾波后,再回到電源,從而有效降低紋波噪聲對電路的影響。

??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。以對紋波抑制為例,測試對電源輸出紋波的影響,我們先人為的把產品內部的濾波電感短路,只用電容濾波,測得紋波噪聲如圖7所示,紋波峰峰值約50mV。

圖7?人為短路內部濾波電感的紋波噪聲圖

下一步,在電源外部增加一個LC電路,在相同輸入、負載條件下,重測紋波噪聲圖,如圖8所示,紋波已接近直線,非常小。

圖8?外加LC的紋波噪聲圖

??非紋波的震蕩處理

前面介紹了紋波是與開關電源的工作頻率相關,但是還有另外一種震蕩是與負載的工作頻率相關的,如圖9所示。

圖9?負載工作周期大約1.1sDC-DC電源模塊給MCU、晶振、WiFi模塊、4G/5G模塊等電路同時供電,WIFI模塊會繼續(xù)周期性的掃描,掃描開啟時,電源模塊電流會增加,使得模塊輸出電壓瞬間會有一個下降;同理掃描關斷時,模塊輸出電壓會上升突變。

這種模塊輸出電壓的突變,并不是產品本身的紋波噪聲,而是由于負載電流的突變,釋放了電容電壓。減小這類紋波的最好辦法,是在負載前端增加π濾波器或大電容。在4G/5G模塊正常工作時會有2~3A的瞬態(tài)負載電流,可以在4G/5G模塊前端增加大電容減小供電電壓的紋波。選擇產品型號時,可以特別關注產品的瞬態(tài)性能。如下圖所示,E-UHBCS-6W、E-UHBDD-6W、E-UHBDD-10W、E-UHBD-20W系列產品的瞬態(tài)性能指標。負載50%~75%階躍變化時,輸出電壓波動為±5%,可以通過增加輸出濾波電容,減小輸出電壓的波動。

圖10 瞬態(tài)性能指標E-UHBCS-6W、E-UHBDD-6W、E-UHBDD-10W、E-UHBD-20W系列產品輸出紋波噪聲的典型值為50mV,輸出電壓小,輸出紋波值也越小。

??小結

以上簡單從紋波噪聲的圖例、測試方法開始,描述從電源設計、外部電路應用出發(fā),結合實際測試比較幾種降低紋波噪聲的方法。實際的工程應用中還需考慮電容、電感的負載效應、自激影響等,需再做深究。

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廣州致遠電子股份有限公司成立于2001年,注冊資金5000萬元,國家級高新技術認證企業(yè),廣州市高端工控測量儀器工程技術研究開發(fā)中心,Intel ECA全球合作伙伴和微軟嵌入式系統(tǒng)金牌合作伙伴。

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