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开关电源 vs LDO电源---纹波

技术中心

Technology

开关电源 vs LDO电源---纹波

分类:
电源技术
作者:
广州市爱浦电子科技有限公司
来源:
原创
发布时间:
2019/11/08
浏览量
对于开关电源来说,到底有没有一些方法能够减小它的纹波呢?
看到大家详细的回答,本人首先要说声感谢大家,同时也佩服各位对开关电源的原理的深刻认识。基本上你们的答案就是本人即将要说的了。在这里请允许本人再不胜其烦的总结并补充一下。
说到要找到方法去控制减小纹波,首先肯定要知道开关电源纹波的来源。从上篇文章对开关电源纹波的仿真结果中也可以看到,纹波其实大致上是和开关频率是同频的,之前在任性升降压文章中也提到,在稳态时电压在电感两端满足伏秒平衡,这时电流会在开关过程中上下波动,因此这波动的电流就会形成波动的电压,也就是纹波了。这里要另外补充一点,除了纹波,开关电源还会产生噪声,这是两个不同的概念。噪声一般是由开关切换时,变化的上升时间(或下降时间)激发出的奇数倍频的高频分量,还有就是由于二极管实际上是由电容电感串联的等效电感,在反向导通的瞬间引起的高频谐振。一般是几十MHz,远高于纹波的频率,而且噪声的幅度也较高。
下面就大致总结下几种减小纹波的方法。
既然说到纹波与开关频率和电感的关系,首先从这两方面着手。通过下面几个公式:V=L*△I/△t,输入输出电压与占空比关系公式,以及伏秒平衡公式可以得到下面关于纹波与频率和电感L的公式如下(大家可以自己推导下):
 
这里可以得到纹波的大小是和电感L和开关频率f是成反比的,因此从理论上认为增加电感值或者提高开关频率都可以减小纹波。另外根据电流I=C*△V/△t,又可以变换出:
 
 又可以得到输出电容与纹波成反比,因此理论上也可以通过增加输出电容的容值来减小纹波。

以上说到的方法,理想是很丰满的,但是现实是比较骨感滴,刚刚肯定的东西立马又几乎要被否定了。因此事实上电感受体积的限制,不可能再做得更大,大的电容又会带来ESR的增大,当然你可以多并几个电容。提高开关频率嘛,上篇讲效率的文章也说了,又会增加损耗。如此一来,得到的好处似乎就不那么明显了。
因此,推出另一种方法,那就是再加一级LC电路(如下图红色所示),其实大家更好理解,我们平时滤除各种高频噪声不都靠它吗。
 
但是该方法也会有一些隐患,我们知道,电源有电压反馈点,多加一级LC后反馈点该放在蓝色的1点还是2点呢?放1点嘛,会导致输出电压降低,原因是多加的电感会有串联电阻,如果放在2点嘛,该电源系统相当于多加一组LC,降低了系统的稳定性。
那还有其他方法吗?还是有的,我们一直在说LDO电源最大的好处恰好是开关电源没有的,那就是纹波小。那如果把两者结合起来使用,会不会有1+1大于2的好处呢?其实还真可以,如下图,把开关电源的输出接到LDO电源的输入,这样的系统的输出电压纹波的确可以做的很好。也规避了LDO电源效率低的缺点。缺点嘛,呵呵,显而易见,成本成本!!!
 
以上列举了几种可以减小纹波的方法,但是每一种解决方案都不会是完美的,或多或少都会伴有一些缺点,具体使用就要看具体的情况了。至于很多网友说到的像在二极管或开关MOS管并联RC电路,二极管后接电感进行EMI滤波,包括使用软开关等,这其实主要是针对高频噪声的,当然也不否认会比较低频的纹波有一定的效果,

 

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