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談一談：LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等波紋與噪聲

來源：發(fā)布時(shí)間：2019-04-25 點(diǎn)擊量：1539

談一談：LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等波紋與噪聲

隨著社會(huì)的發(fā)展，人類都在追求著高品質(zhì)，高要求，哪怕就是一點(diǎn)的瑕疵也難以接受和認(rèn)可，同樣對于LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等也一樣的，它們也是要對客戶所認(rèn)可的，就如LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等出現(xiàn)的波紋與噪聲，這樣的小毛病也絕不姑息的，本文就來說說波紋和噪聲。

來依次說一下LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等波紋的產(chǎn)生，輸出波紋：
①開關(guān)電源輸出紋波是輸出直流電壓的波動(dòng)，與開關(guān)電源的開關(guān)動(dòng)作有關(guān)。每一個(gè)開、關(guān)過程，電能從輸入端被“泵到”輸出端，形成一個(gè)充電和放電的過程，從而造成輸出電壓的波動(dòng)，波動(dòng)頻率與開關(guān)的頻率相同。
②產(chǎn)生原因是開關(guān)電源的電流紋波作用在電容的ESR上。
③紋波電壓是紋波的波峰與波谷之間的峰峰值，其大小與開關(guān)電源的輸入電容和輸出電容的容量及品質(zhì)有關(guān)。

LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等波紋的產(chǎn)生，輸出噪聲：
①開關(guān)電源輸出噪聲是指全帶寬下輸出電壓上疊加的交流量。
②產(chǎn)生的原因一種是開關(guān)電源自身產(chǎn)生的。另一種是外界電磁場的干擾（EMI），它能通過輻射進(jìn)入開關(guān)電源或者通過電源線輸入開關(guān)電源。③開關(guān)電源自身產(chǎn)生的噪聲是一種高頻的脈沖串，由發(fā)生在開關(guān)導(dǎo)通與截止瞬間產(chǎn)生的尖脈沖所造成。噪聲脈沖串的頻率比開關(guān)頻率高得多，噪聲電壓是其峰峰值。噪聲電壓的振幅很大程度上與開關(guān)電源的拓?fù)洹㈦娐分械募纳鸂顟B(tài)及PCB的設(shè)計(jì)有關(guān)。

關(guān)于LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等波紋和噪聲的產(chǎn)生，在影響電源紋波測試結(jié)果的，因素也有關(guān)系，按照重要性主要有以下幾個(gè)：
1、前端連接線和地環(huán)路的長度：長的地環(huán)路會(huì)拾取更多開關(guān)電源的電磁輻射以及地噪聲，因此需要使用盡可能短的地線連接。
2、探頭的衰減比：大衰減比的探頭會(huì)使得小信號幅度更加微弱，甚至淹沒在示波器底噪聲里，所以應(yīng)該盡量使用1:1衰減比的探頭。
3、帶寬限制：很多電磁噪聲和示波器的底噪聲都是寬帶的，設(shè)置合適的帶寬限制可以濾除額外的噪聲。很多電源紋波噪聲測試場合使用20MHz的帶寬限制，也有些芯片會(huì)要求測到80MHz或200MHz。
4、測量量程：通常會(huì)在小量程檔下（比如10mv/格或20mv/格）進(jìn)行電源紋波的測試。量程打得越大，示波器的底噪聲越高。但有些示波器的偏置范圍有限，在小檔位下時(shí)可能不能夠把被測的直流電壓信號拉回到屏幕中心附近進(jìn)行測量，所以很多時(shí)候會(huì)使用示波器的AC耦合功能把直流隔離掉再進(jìn)行紋波噪聲測試。
5、輸入阻抗：很多示波器有50歐姆和1M歐姆的輸入阻抗選擇，通常50歐姆輸入阻抗下示波器的底噪聲更低。不過示波器連接大部分無源探頭時(shí)都會(huì)自動(dòng)把阻抗切換到1M歐姆，只有連接有源探頭或同軸電纜時(shí)才可以設(shè)置為50歐姆輸入阻抗。

三、LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等減小紋波和噪聲電壓的措施，有以下內(nèi)容：
①減少EMI的干擾采用金屬外殼做屏蔽減小外界電磁場輻射干擾。為減少從電源線輸入的電磁干擾，在電源輸入端加EMI濾波器。
②在輸出端采用高頻性能好、ESR低的電容
采用高分子聚合物固態(tài)電解質(zhì)的鋁或鉭電解電容作輸出電容是最佳的，其特點(diǎn)是尺寸小而電容量大，高頻下ESR阻抗低，允許紋波電流大。它最適用于高效率、低電壓、大電流降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器及DC/DC模塊電源作輸出電容。
③采用與產(chǎn)品系統(tǒng)的頻率同步
為減小輸出噪聲，電源的開關(guān)頻率應(yīng)與系統(tǒng)中的頻率同步，即LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等采用外同步輸入系統(tǒng)的頻率，使開關(guān)的頻率與系統(tǒng)的頻率相同。
④避免多個(gè)模塊電源之間相互干擾
LED開關(guān)電源，3D打印機(jī)電源等在同一塊PCB上可能有多個(gè)模塊電源一起工作。若模塊電源是不屏蔽的、并且靠的很近，則可能相互干擾使輸出噪聲電壓增加。為避免這種相互干擾可采用屏蔽措施或?qū)⑵溥m當(dāng)遠(yuǎn)離，減少其相互影響的干擾。
⑤增加LC濾波器為減小模塊電源的紋波和噪聲，可以在DC/DC模塊的輸入和輸出端加LC濾波器。
⑥增加LDO，在開關(guān)電源或模塊電源輸出后再加一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）能大幅度地降低輸出噪聲，以滿足對噪聲特別有要求的電路需要，輸出噪聲可達(dá)μV級。由于LDO的壓差（輸入與輸出電壓的差值）僅幾百mV，則在開關(guān)電源的輸出略高于LDO幾百mV就可以輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓了，并且其損耗也不大。
⑦ 增加有源EMI濾波器及有源輸出紋波衰減器
有源EMI濾波器可在150kHz～30MHz間衰減共模和差模噪聲，并且對衰減低頻噪聲特別有效。在250kHz時(shí)，可衰減60dB共模噪聲及80dB差模噪聲，在滿載時(shí)效率可達(dá)99%。輸出紋波衰減器可在1～500kHz范圍內(nèi)減低電源輸出紋波和噪聲30dB以上，并且能改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)及減小輸出電容。

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