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降低开关电源上的噪声
来源:东莞市成良智能科技 | 作者:666power | 发布时间: 1734天前 | 1530 次浏览 | 分享到:
对于开关电源来说,有时会与噪声的概念相混淆,是有区别的。噪声是一种电子信号,而干扰是指的某种效应,是由于开电源噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声,却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的,而是一种噪声。但由于开关电源电路特性关系,这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱,所以可以认为是没有干扰。
开关电源之宽带噪声

对于开关电源来说,有时会与噪声的概念相混淆,是有区别的。噪声是一种电子信号,而干扰是指的某种效应,是由于开电源噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声,却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的,而是一种噪声。但由于开关电源电路特性关系,这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱,所以可以认为是没有干扰。

开关电源之宽带噪声
开关稳压器中的宽带噪声是输出电压上的随机幅度噪声。它可以用整个频率范围内的噪声密度来表示,单位为 V/√Hz z,或用Vrms来表示,其与频率范围内的密度不可分。由于硅工艺和基准电压源滤波器设计的限制,宽带噪声主要位于开关稳压器的10Hz至1MHz频率范围内,在低频范围内很难通过增加滤波器来将其降低。
典型降压稳压器宽带噪声峰峰值幅度电压约为100μV至1000μV,远低于开关纹波噪声。如果使用额外的滤波器来降低开关纹波噪声,则宽带噪声可能成为开关稳压器输出电压的主要噪声。显示了当没有额外滤波器时,降压稳压器输出噪声的主要来源是开关纹波。当使用额外滤波器时,输出噪声的主要来源是宽带噪声。
对于开关电源说,为了识别和分析开关稳压器输出宽带噪声,必须获得稳压器控制方案和模块噪声信息。
开关电源之典型电流模式降压稳压器控制方案
对于获得的控制环路传递函数和模块噪声特性信息,有两种不同的噪声:环路输入噪声和环内噪声。控制环路带宽内的环路输入噪声会传输到输出,而环路带宽之外的噪声会被衰减。对于开关稳压器,设计低噪声EA和基准电压源至关重要,因为单位反馈增益会保持噪声水平不变,而不是随着输出电压电平增加而提高它。最大的挑战是找出整个系统中最大的噪声源,并在电路设计中降低该噪声。ADP5014针对低噪声技术进行了优化,采用电流模式控制方案和一个简单的LC外部滤波器,在10Hz至1MHz频率范围内实现了低于20μVrms的噪声性能。
开关稳压器PSRR
PSRR反映开关稳压器抑制输入电源噪声传输到输出的能力。采用额外LC滤波器的ADP5014输出噪声性能。
开关电源之高频尖峰和振铃
第三类开关电源之噪声是高频尖峰和振铃噪声,因为输出电压是由开关稳压器导通或关断瞬变产生的。考虑硅电路和开关电源的PCB走线中的寄生电感和电容;对于降压稳压器,快速电流瞬变将在SW节点处引起高频电压尖峰和振铃。
开关电源之尖峰和振铃噪声会随着电流负载的提高而提高。显示了降压稳压器如何形成尖峰。根据开关稳压器的导通/关断压摆率,最高尖峰和振铃频率将在20MHz至300MHz范围内,受寄生电感和电容影响,输出LC滤波器在抑制方面可能不是非常有效。与上述关于传导路径的所有讨论相比,最差的是来自SW和VIN节点的辐射噪声,由于其频率非常高,输出电压和其他模拟电路会受到影响。

开关电源之降压稳压器高频尖峰和振铃噪声
为了降低高频尖峰和振铃噪声,建议采用有效方法实施应用和芯片设计。首先,在终端负载上应使用额外的LC滤波器或磁珠。通常,这会使输出上的尖峰噪声远小于纹波噪声,但会增加更高频率的成分。其次,应屏蔽SW和输入节点的噪声源或让其远离输出侧及敏感模拟电路,并且屏蔽输出电感。精心布局和布线对设计很重要。第三,优化开关稳压器的导通/关断压摆率,并尽量减小开关稳压器的寄生电感和电阻,从而有效降低SW节点噪声。有助于通过芯片设计降低VIN节点噪声。