电感量与纹波的关系
1纹波:在交流整流稳压成直流的过程中,直流稳定量中不可避免的会带一些交流的成分,这种叠加在直流上的交流分量称为纹波(输出纹波是指直流电源输出时,叠加在直流稳定量上的交流分量。用示波器来看,会看到电压上下轻微波动,就像水纹一样,所以叫做纹波)。它的形态一般为高于工频的类似正弦波的谐波,另一种是宽度很窄的脉冲波。
谐波:简单的说就是一定频率的电压或者电流作用在非线性负载时,会产生不同于原频率的正弦电压或电流的现象。
2纹波产生的原因:
① 随着SWITCH的开关,电感L中的电流也是在输出电流有效值上下波动的,所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波,一般所说的纹波就是指这个。它与输出电容的容量和ESR有关系,这个纹波的频率与开关电源相同,为几十到几百KHz.
② 另外,SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET,不管哪种,在其导通和截止的时候,都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声,一般为几十MHz。同样二极管D在反向恢复瞬间,其等效电路为电阻电容和电感的串联,会引起谐振,产生的噪声频率也为几十MHz。这两种噪声一般叫做高频噪声,幅值通常要比纹波大得多。
3纹波的抑制
① 加大电感和输出电容滤波
根据开关电源的公式,电感内电流波动大小和电感值成反比,输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。
可以看出,增加L值,或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动。
同样,输出纹波与输出电容的关系:vriple=Imax/(Co*f)。可以看出,加大输出电容可以减小纹。同时,开关电源工作时,输入端的电压Vin不变,但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流,通常在靠近电流输入端(以BucK型为例,是SWITcH附近),并联电容来提供电流。
② 二级滤波,就是再加一个LC滤波器
LC滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显,根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路,一般能够很好的减小纹波。
③ 开关电源输出之后,接LDO滤波
这是减少纹波和噪声最有效的办法,输出电压恒定,不需要改变原有的反馈系统,但也是成本最高,功耗最高的办法。
4 纹波的危害
容易在用电器上产生谐波;降低电源效率;产生噪音干扰;较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生。