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加了滤波电路但直流稳压电源纹波变大的解决方案

2017-7-10 8:51:19      点击:

现象:在直流稳压电源电路中,在IC的直流稳压电源引脚处经常会使用磁珠与板卡上面的其他直流稳压电源隔离,还能达到抑制高频噪声,减小直流稳压电源纹波的目的;但有的直流稳压电源电路里面的器件直流稳压电源串接磁珠反而会增加直流稳压电源纹波,即出现直流稳压电源后端的噪声明显要大于磁珠前段的噪声。

加了滤波电路但直流稳压电源纹波变大的解决方案

理想直流稳压电源模型分析:

在高频段,阻抗由电阻成分构成,随着频率升高,磁芯的磁导率降低,导致直流稳压电源电感的直流稳压电源电感量减小,感抗成分减小 但是,这时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能的形式耗散掉。


BLU Series

Siz« (E1A C<

le) Type

Part Nuaber

 

Rated Current (ml

at lOOUHz

at 1GHz

0201

For Standard

BLM03AG1005N1

10 (Typ.)

-

500

BLM03AG700SN1

70 (Typ.)

200

BLM03AG121SN1

120?5%

-

200

BLM03AG241SN1

240?5%

100

 

For Standard

BLM15AG100SN1

10 (Typ.)

-

1000

BLM15AG700SN1

70 (Typ.)

-

500

BLM15AG121SN1

120?5%

-

BLM15AG221SN1

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-

300

BLM15AG601SN1

600?5%

-

BLM15AG102SN1

1000r25%

-

200

BLM15AG601AN1

600?5%

HO (Typ.)

300

BLM15AG102AN1

1000?5%

300 (Typ.)

200

一般磁珠的参数会标称高频的电阻值,但往往大家只关注这个参数,而忽略其低频的直流稳压电源电感值。


所以,这个直流稳压电源电路中,我们理想的直流稳压电源模型是一个RC滤波直流稳压电源电路:

RC滤波直流稳压电源电路

我们希望我们的滤波直流稳压电源电路,能够把高频部分滤掉。

假设我们有一个标称100欧姆的磁珠,就表示这个磁珠在100MHz时的电阻为100欧,在直流时为0欧,所以可以建立以下是用于快速理解的磁珠直流稳压电源模型:

可见,在直流时,L将R短路,因此磁珠就表现为0欧。

而当高频的噪声通过时,L近似为无穷大,因此磁珠就表现为一个100欧的电阻。

但是从实际测试的效果来看,并不是如我们所愿。

实际直流稳压电源模型分析:

铁氧体可以等效为一个直流稳压电源电感与电阻并联,在低频与高频时分别呈现不同的特性。

磁珠在低频段,阻抗由直流稳压电源电感的感抗构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此直流稳压电源电感量较大,L起主要作用,电磁干扰被反射而受到抑制,并且这时磁芯的损耗较小,整个器件是一个低损耗、高Q特性的直流稳压电源电感,这种直流稳压电源电感容易造成谐振因此在低频段,有时可能出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。

如果我们的负载又比较小的时候,整个直流稳压电源电路就是一个LC直流稳压电源电路。下图为磁珠的阻抗曲线。

如果我们选择的直流稳压电源电容,和磁珠正好是以下这种情况。并且开关直流稳压电源的开关频率又在谐振频率附近。那么就出现了“谐振”,也就是输入信号,在这个频点被放大。

那么我们就需要把这个谐振点降低频率,远离开关频率。让直流稳压电源纹波在这个滤波直流稳压电源电路的衰减区。这就需要增加直流稳压电源电容的容值。

有的朋友经过计算,觉得自己的直流稳压电源电路谐振点应该是小于开关频率的,但是实际测试,还是比预想的频率要大。这是为什么呢?

直流直流稳压电源电压值变大了,直流稳压电源电容值变小(耐压范围以内)


在给出的多种直流稳压电源电容类型中,最常用的是X5R、X7R。所有的型号在环境条件变化时都会出现直流稳压电源电容值变化。尤其Y5V在整个环境条件区间内,会表现出极大的直流稳压电源电容量变化。

当直流稳压电源电容公司开发产品时,他们会通过选择材料的特性,使直流稳压电源电容能够在规定的温度区间(第一个和第二个字母),工作在确定的变化范围内(第三个字母)。我正在使用的是X7R直流稳压电源电容,它在-55°C到+125°C之间的变化不超过±15%。

当我们在直流稳压电源电容两端加上直流稳压电源电压时,我们发现直流稳压电源电压就会导致直流稳压电源电容值的变化(在耐压范围以内)。直流稳压电源电容随着设置条件的变化量是如此之大。我选择的是一只工作在12V偏压下的耐压16V直流稳压电源电容。数据表显示,4.7-μF直流稳压电源电容在这些条件下通常只提供1.5μF的容量。

我们可以看到,不同的型号,不同的耐压,不同的封装的直流稳压电源电容,随着直流稳压电源电压上升的下降趋势。

对于某个给定的封装尺寸和瓷片直流稳压电源电容类型,直流稳压电源电容的额定直流稳压电源电压似乎一般没有影响。

加了滤波电路但直流稳压电源纹波变大的解决方案

这里除了考虑直流直流稳压电源电压,还需要考虑交流直流稳压电源电压、温度等陶瓷直流稳压电源电容的特性。