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更静一点:如何驾驭噪声电源

作者:时间:2013-06-17来源:网络收藏
 生活噪音严重干扰人们的日常生活,而电源噪声同样可能会对电路会造成干扰。电源电压中的纹波或自激振荡,可对电路造成不良影响,使音响装置发出交流声或导致电路误动作。电源中的电源噪声主要来自三个地方:误差放大器输入与输出、参考电压以及斜坡。如何解决这个电源噪声问题呢?本文将给你答案。

  无并非是偶然设计出来的。一种好的电源布局是在设计时最大程度的缩短实验时间。花费数分钟甚至是数小时的时间来仔细查看电源布局,便可以省去数天的故障排查时间。

  图1显示的是电源内部一些主要噪声敏感型电路的结构图。将输出电压与一个参考电压进行比较以生成一个误差信号,然后再将该信号与一个斜坡相比较,以生成一个用于驱动功率级的PWM(脉宽调制)信号。

更静一点:如何驾驭噪声电源

电源噪声主要来自三个地方:误差放大器输入与输出、参考电压以及斜坡。对这些节点进行精心的电气设计和物理设计有助于最大程度地缩短故障诊断时间。一般而言,噪声会与这些低电平电路电容耦合。一种卓越的设计可以确保这些低电平电路的紧密布局,并远离所有开关波形。接地层也具有屏蔽作用。

  误差放大器输入端可能是电源中最为敏感的节点,因为其通常具有最多的连接组件。如果将其与该级的极高增益和高阻抗相结合,后患无穷。在布局过程中,您必须最小化节点长度,并尽可能近地将反馈和输入组件靠近误差放大器放置。如果反馈网络中存在高频积分电容,那么您必须将其靠近放大器放置,其他反馈组件紧跟其后。并且,串联电阻-电容也可能形成补偿网络。最理想的结果是,将电阻靠近误差放大器输入端放置,这样,如果高频信号注入该电阻-电容节点时,那么该高频信号就不得不承受较高的电阻阻抗-而电容对高频信号的阻抗则很小。

  斜坡是另一个潜在的会带来噪声问题的地方。斜坡通常由电容器充电(电压模式)生成,或由来自于电源开关电流的采样(电流模式)生成。通常,电压模式斜坡并不是一个问题,因为电容对高频注入信号的阻抗很小。而电流斜坡却较为棘手,因为存在了上升边沿峰值、相对较小的斜坡振幅以及功率级寄生效应。

  图2显示了电流斜坡存在的一些问题。第一幅图显示了上升边沿峰值和随后产生的电流斜坡。比较器(根据其不同速度)具有两个电压结点(potential trip points),结果是无序控制运行,听起来更像是煎熏肉的声音。

更静一点:如何驾驭噪声电源

 利用控制IC中的上升边沿消隐可以很好地解决这一问题,其忽略了电流波形的最初部分。波形的高频滤波也有助于解决该问题。同样也要将电容器尽可能近地靠近控制IC放置。正如这两种波形表现出来的那样,另一种常见的问题是次谐波振荡。这种宽-窄驱动波形表现为非充分斜率补偿。向当前斜坡增加更多的电压斜坡便可以解决该问题。

  尽管您已经相当仔细地设计了电源布局,但是您的原型电源还是存在噪声。这该怎么办呢?首先,您要确定消除不稳定因素的环路响应不存在问题。有趣的是,噪声问题可能会看起来像是电源交叉频率上的不稳定。但真正的情况是该环路正以其最快响应速度纠出注入误差。同样,最佳方法是识别出噪声正被注入下列三个地方之一:误差放大器、参考电压或斜坡。您只需分步解决便可!

  第一步是检查节点,看斜坡中是否存在明显的非线性,或者误差放大器输出中是否存在高频率变化。如果检查后没有发现任何问题,那么就将误差放大器从电路中取出,并用一个清洁的电压源加以代替。这样您应该就能够改变该电压源的输出,以平稳地改变电源输出。如果这样做奏效的话,那么您就已经将问题范围缩小至参考电压和误差放大器了。

  有时,控制IC中的参考电压易受开关波形的影响。利用添加更多(或适当)的旁路可能会使这种状况得到改善。另外,使用栅极驱动电阻来减缓开关波形也可能会有助于解决这一问题。如果问题出在误差放大器上,那么降低补偿组件阻抗会有所帮助,因为这样降低了注入信号的振幅。如果所有这些方法都不奏效,那么就从印刷电路板将误差放大器节点去除。对补偿组件进行架空布线(air wiring)可以帮助我们识别出哪里有问题。

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  相关阅读:什么是电路的噪声?

  对于电子线路中所标称的噪声,可以概括地认为,它是对目的信号以外的所有信号的一个总称。最初人们把造成收音机这类音响设备所发出噪声的那些电子信号,称为噪声。但是,一些非目的的电子信号对电子线路造成的后果并非都和声音有关,因而,后来人们逐步扩大了噪声概念。例如,把造成视屏幕有白班呀条纹的那些电子信号也称为噪声。可能以说,电路中除目的的信号以外的一切信号,不管它对电路是否造成影响,都可称为噪声。例如,电源电压中的纹波或自激振荡,可对电路造成不良影响,使音响装置发出交流声或导致电路误动作,但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡,都应称为电路的一种噪声。又有某一频率的无线电波信号,对需要接收这种信号的接收机来讲,它是正常的目的信号,而对另一接收机它就是一种非目的信号,即是噪声。在电子学中常使用干扰这个术语,有时会与噪声的概念相混淆,其实,是有区别的。噪声是一种电子信号,而干扰是指的某种效应,是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。而电路中存在着噪声,却不一定就有干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲是所不期望的,而是一种噪声。但由于电路特性关系,这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱,所以可以认为是没有干扰。

  当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时,该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件,当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压,称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来,噪声很难消除,但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度,以使噪声不致于形成干扰。


关键词: 驾驭 噪声电源

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