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电源纹波的产生、危害、测量和抑制

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1 引 言 对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源,但是它除了提供能量外,也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D 变换等电路都会产生影响,在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波。为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。 2 电源纹波 纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号,指在额定输出电压、电流的情况下,输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压,是指输出直流电压中含有的工频交流成分。 纹波用示波器可以看到,在直流电压上下轻微波动,就像水平面上波动的水纹一样,所以被称为纹波(见图 1)。 图 1 RIGOL 示波器 DS1302 观察的纹波信号波形 2 .1 电源纹波产生 我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类,输出的直流电压是一个固定值,由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于滤波不干净,直流电压中含有交流成分,这就产生了纹波。纹波是一种复杂的杂波信号,它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号,但周期和振幅不是定值,随时间而变,不同电源的纹波波形不一样。 产生电源纹波的因素有许多,即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。 线性电源 由于我国供电频率是 50Hz,所以它的纹波主要来自工频 50Hz变压器,纹波电压的频率常常是 50nHz,n 取自然数,大小取决于整流电路的类型。对于半波整流,是 1;对于全波整流,是 2;对于三相全波整流,是 6,即 300Hz。所以这种电源的输出端纹波主要是 50HZ或它的整数倍,幅值小,较易滤除,通常纹波可做到几 mV。 如假定整流桥输出负载电流 IL,负载电压 VL,整流桥输人交流电压幅值 Vm 及其输人交流电压频率 f,则其输出的纹波电压由表 1 各式计算。 表 1 整流纹波电压 采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压,一般表示为: △U=ILsin2wt/(2wC) (1) 从式(1)中可以看出,纹波频率为输人频率的两倍,其幅值正比于变换器的输出电流,反比于输人电压频率和平滑电容的大小。 开关电源 产生的纹波比较复杂、很难滤除且幅值较大。主要来源于五个方面:除低频纹波外还有高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声。一般开关电源的纹波比线性电源的纹波要大,频率要高。 ①高频纹波。高频纹波来源于开关变换电路。开关电源的开关管...

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