你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

電源設(shè)計技巧十例:如何解決電源噪聲

發(fā)布時間:2013-07-28 責(zé)任編輯:Cynthiali

【導(dǎo)讀】前文介紹的電源設(shè)計技巧是要選擇最佳的工作頻率,但除了需要選擇合適的工作頻率外,學(xué)會駕馭噪聲電源也是開關(guān)電源設(shè)計技巧之一,一種好的電源布局是在設(shè)計時最大程度的縮短實驗時間。因此,本文將教你如何解決電源噪聲問題。

電源設(shè)計技巧十例之一:為電源選擇最佳工作頻率

無噪聲電源并非是偶然設(shè)計出來的。一種好的電源布局是在設(shè)計時最大程度的縮短實驗時間?;ㄙM數(shù)分鐘甚至是數(shù)小時的時間來仔細查看電源布局,便可以省去數(shù)天的故障排查時間。

圖 1 顯示的是電源內(nèi)部一些主要噪聲敏感型電路的結(jié)構(gòu)圖。將輸出電壓與一個參考電壓進行比較以生成一個誤差信號,然后再將該信號與一個斜坡相比較,以生成一個用于驅(qū)動功率級的 PWM(脈寬調(diào)制)信號。

電源噪聲主要來自三個地方:誤差放大器輸入與輸出、參考電壓以及斜坡。對這些節(jié)點進行精心的電氣設(shè)計和物理設(shè)計有助于最大程度地縮短故障診斷時間。一般而言,噪聲會與這些低電平電路電容耦合。一種卓越的設(shè)計可以確保這些低電平電路的緊密布局,并遠離所有開關(guān)波形。接地層也具有屏蔽作用。

圖1:低電平控制電路的諸多噪聲形成機會
圖1:低電平控制電路的諸多噪聲形成機會
 
誤差放大器輸入端可能是電源中最為敏感的節(jié)點,因為其通常具有最多的連接組件。如果將其與該級的極高增益和高阻抗相結(jié)合,后患無窮。因此,在布局過程中,我們必須最小化節(jié)點長度,并盡可能近地將反饋和輸入組件靠近誤差放大器放置。如果反饋網(wǎng)絡(luò)中存在高頻積分電容,那么您必須將其靠近放大器放置,其他反饋組件緊跟其后。并且,串聯(lián)電阻-電容也可能形成補償網(wǎng)絡(luò)。最理想的結(jié)果是,將電阻靠近誤差放大器輸入端放置,這樣,如果高頻信號注入該電阻-電容節(jié)點時,那么該高頻信號就不得不承受較高的電阻阻抗—而電容對高頻信號的阻抗則很小。

斜坡是另一個潛在的會帶來噪聲問題的地方。斜坡通常由電容器充電(電壓模式)生成,或由來自于電源開關(guān)電流的采樣(電流模式)生成。通常,電壓模式斜坡并不是一個問題,因為電容對高頻注入信號的阻抗很小。而電流斜坡卻較為棘手,因為存在了上升邊沿峰值、相對較小的斜坡振幅以及功率級寄生效應(yīng)。

圖2 顯示了電流斜坡存在的一些問題。第一幅圖顯示了上升邊沿峰值和隨后產(chǎn)生的電流斜坡。比較器(根據(jù)其不同速度)具有兩個電壓結(jié)點 (potential trip points),結(jié)果是無序控制運行,聽起來更像是煎熏肉的聲音。

利用控制 IC 中的上升邊沿消隱可以很好地解決這一問題,其忽略了電流波形的最初部分。波形的高頻濾波也有助于解決該問題。同樣也要將電容器盡可能近地靠近控制 IC 放置。正如這兩種波形表現(xiàn)出來的那樣,另一種常見的問題是次諧波振蕩。這種寬-窄驅(qū)動波形表現(xiàn)為非充分斜率補償。向當(dāng)前斜坡增加更多的電壓斜坡便可以解決該問題。

圖2:兩種常見的電流模式噪聲問題

圖2:兩種常見的電流模式噪聲問題
圖2:兩種常見的電流模式噪聲問題

盡管我們已經(jīng)相當(dāng)仔細地設(shè)計了電源布局,但是原型電源還是存在噪聲。這該怎么辦呢?首先,要確定消除不穩(wěn)定因素的環(huán)路響應(yīng)不存在問題。有趣的是,噪聲問題可能會看起來像是電源交叉頻率上的不穩(wěn)定。但真正的情況是該環(huán)路正以其最快響應(yīng)速度糾出注入誤差。同樣,最佳方法是識別出噪聲正被注入下列三個地方之一:誤差放大器、參考電壓或斜坡。只需要分步解決便可!
 
第一步是檢查節(jié)點,看斜坡中是否存在明顯的非線性,或者誤差放大器輸出中是否存在高頻率變化。如果檢查后沒有發(fā)現(xiàn)任何問題,那么就將誤差放大器從電路中取出,并用一個清潔的電壓源加以代替。這樣應(yīng)該就能夠改變該電壓源的輸出,以平穩(wěn)地改變電源輸出。如果這樣做奏效的話,那么就已經(jīng)將問題范圍縮小至參考電壓和誤差放大器了。

有時,控制 IC 中的參考電壓易受開關(guān)波形的影響。利用添加更多(或適當(dāng))的旁路可能會使這種狀況得到改善。另外,使用柵極驅(qū)動電阻來減緩開關(guān)波形也可能會有助于解決這一問題。如果問題出在誤差放大器上,那么降低補償組件阻抗會有所幫助,因為這樣降低了注入信號的振幅。如果所有這些方法都不奏效,那么就從印刷電路板將誤差放大器節(jié)點去除。對補償組件進行架空布線 (air wiring) 可以幫助我們識別出哪里有問題。

相關(guān)閱讀:
如何解決電源設(shè)計中IC驅(qū)動電流不足的問題
http://m.anotherwordforlearning.com/cp-art/80020003
淺析幾種新型特種集成開關(guān)電源設(shè)計實例
http://m.anotherwordforlearning.com/power-art/80019823
基于SPWM技術(shù)的陀螺電源設(shè)計
http://m.anotherwordforlearning.com/power-art/80019761
要采購開關(guān)么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉