紋波簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是輸出直流之中夾雜的交流成分,我們?cè)?a class="innerlink" href="http://ihrv.cn/tags/電源設(shè)計(jì)" target="_blank">電源設(shè)計(jì)中是沒(méi)有辦法完全讓紋波消失不見(jiàn)的,能做得就是盡量降低紋波電壓,我們每一款電源對(duì)于使用場(chǎng)景的不同,所能接受的紋波范圍也有所不同,例如電源使用于精密測(cè)量?jī)x器時(shí),需要的電壓要非常的精確,這就意味著紋波電壓必須非常的小,這樣才不會(huì)讓儀器出現(xiàn)誤動(dòng)作,一般來(lái)說(shuō)都要做到萬(wàn)分之三以?xún)?nèi),有的甚至于做到十萬(wàn)分的范圍內(nèi);而對(duì)于那些只用于提供電壓的電源來(lái)說(shuō),可接受的紋波范圍就比較大,比如手機(jī)有些山寨充電器之類(lèi)的,有時(shí)可放寬到輸出電壓的 5%-10%左右。
我們要對(duì)紋波進(jìn)行限制,首先我們要學(xué)會(huì)的就是如何測(cè)量。
紋波測(cè)量基本要求就是一臺(tái)示波器,首先將示波器調(diào)至 AC 耦合模式,我們前面說(shuō)了,紋波就是輸出直流里面的交流成分,所以調(diào)至 AC 耦合的目的就是去掉輸出端里的直流成分,得到準(zhǔn)確的交流波形,如下圖所示:
接下來(lái)就是打開(kāi) 20MHz 寬帶限制,這樣做得目的是為了防止高頻噪聲干擾,防止測(cè)試出錯(cuò)誤的結(jié)果。
然后拔掉探頭的接地夾,直接使用接地環(huán)測(cè)量,這個(gè)是為了減小干擾,得到更加精確的測(cè)量結(jié)果,對(duì)于高精度要求的電源來(lái)說(shuō),有時(shí)相差 10mV 都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)誤動(dòng)作,所以采用環(huán)地進(jìn)行測(cè)試,但是對(duì)于一般范圍要求不太嚴(yán)格的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)區(qū)別就不大。
完成以上動(dòng)作,我們就可以對(duì)產(chǎn)品的輸出紋波進(jìn)行測(cè)試,為了得到更加精確的測(cè)量結(jié)果,我們可以在輸出端接上一個(gè) 0.1-1uF 的瓷片電容并上一個(gè)電解電容,這樣做的目的就是濾除高頻干擾。
對(duì)于測(cè)試出來(lái)的紋波,如果超過(guò)可接受范圍,那么我們就要采用一些手段進(jìn)行抑制和減弱。
我們最早使用的手段是加大輸出電感和輸出電容,這個(gè)可以對(duì)輸出端紋波進(jìn)行減弱,因?yàn)楦鶕?jù)電感內(nèi)的電流波動(dòng)大小和電感的電感量成反比,而增大輸出電容容量會(huì)延緩充電時(shí)間,也就相當(dāng)于減弱紋波;這種方法對(duì)紋波的減弱雖然有效,但是作用也是有限的,因?yàn)樵龃箅姼辛烤蛣?shì)必要增大電感的體積,而我們電源一直朝著輕量化的方向發(fā)展,所以受體積限制,電感不會(huì)做很大,而輸出電容隨著容量的增大,大到一定的程度后濾波效果就幾乎不會(huì)有變化,所以,這個(gè)方法的實(shí)用性不是很強(qiáng)。
后來(lái)人們就想到使用兩級(jí)濾波器來(lái)對(duì)輸出端進(jìn)行濾波,如下圖所示:
效果和作用比第一種好很多,但是存在著隱患,那就是要考慮電壓的采樣點(diǎn)選擇,按照上圖所示,如果采樣點(diǎn)選擇 Pa,那么會(huì)導(dǎo)致輸出電壓有所降低,如果采樣點(diǎn)選擇在 Pb,由于線路中包含第一級(jí)濾波線路,就有可能導(dǎo)致電源進(jìn)入振蕩現(xiàn)象,出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。
目前在電源領(lǐng)域里最有效的方式就是輸出端接 LDO 濾波,這個(gè)是目前來(lái)說(shuō)削弱紋波噪聲最有效的方式了,唯一的缺點(diǎn)就是成本和功耗比較高,下圖為沒(méi)有 LDO 線路(黃色)和接上 LDO 線路(綠色)所測(cè)量出來(lái)的紋波對(duì)比:
圖中那些毛刺是由于沒(méi)有濾除高頻干擾,可以不考慮,所以我們可以很明顯看出,接了 LDO 濾波后,效果非常的明顯,一般來(lái)說(shuō),接了 LDO 線路后,紋波都會(huì)處于 10mv 以下。