1.纹波和噪声产生的原因
开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。
纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。
平时测量时,200mV(经验值)以内的纹波就符合要求。
噪声的产生原因有两种,一种是开关电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成,也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。
2.纹波电压危害
在调试产品时会遇到以下这些现象:
喇叭或听筒发生嗡嗡的杂音,这可能是音频范围内的类似正弦波的纹波信号推动喇叭的纸盆或话机的听筒而形成杂音;
调试信号放大系统时,能看到纹波电压对放大信号产生调制,形成杂波;
如果电视图像的背景上有细横条向上或向下滚动,可能是由激励器中调制、校正等中频单元的供电电源纹波过大引起。
以上现象都可能是纹波在捣乱。纹波电压高了,有可能使电子产品产生谐波、调制等,干扰正常的工作状态;导致电源效率降低;影响数字电路的逻辑关系;干扰信号的正常传递等等。较强的纹波会产生浪涌电压或电流,有可能烧毁用电设备。
3.抑制纹波电压的通常做法
加大滤波电路中电容容量,或采用LC滤波电路,或采用多级滤波电路;以线性电源代替开关电源;合理布线等。主要还是要根据实际情况,即每一款电源芯片的详细手册进行斟酌设计。
小结
实际设计中,应结合电源芯片的手册进行合理、谨慎的原理图设计和PCB布局,从而减小电源的纹波和噪声;在硬件设计之初就应该对各部分电源进行测试,比如满载时的输出电压纹波和噪声值,以及空载时的对应值。毕竟到目前为止,板子上出现的问题基本都是因为电源设计考虑不周所引起的。