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加了滤波电路,结果电源纹波还变大了!

2017-07-17 [责任编辑:wenwei]
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【导读】在电路中,在IC的电源引脚处经常会使用磁珠与板卡上面的其他电源隔离,还能达到抑制高频噪声,减小电源纹波的目的;但有的电路里面的器件电源串接磁珠反而会增加电源纹波,即出现电源后端的噪声明显要大于磁珠前段的噪声。
 
现象:在电路中,在IC的电源引脚处经常会使用磁珠与板卡上面的其他电源隔离,还能达到抑制高频噪声,减小电源纹波的目的;但有的电路里面的器件电源串接磁珠反而会增加电源纹波,即出现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,结果电源纹波还变大了!
 
理想模型分析:
 
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,导致电感的电感量减小,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。
 
加了滤波电路,结果电源纹波还变大了!
 
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,而忽略其低频的电感值。
 
所以,这个电路中,我们理想的模型是一个RC滤波电路:
 
加了滤波电路,结果电源纹波还变大了!
 
我们希望我们的滤波电路,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。
 
实际模型分析:
 
铁氧体可以等效为一个电感与电阻并联,在低频与高频时分别呈现不同的特性。
 
磁珠在低频段,阻抗由电感的感抗构成,低频时R很小,磁芯的磁导率较高,因此电感量较大,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特性的电感,这种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。
 
加了滤波电路,结果电源纹波还变大了!
 
如果我们的负载又比较小的时候,整个电路就是一个LC电路。下图为磁珠的阻抗曲线。
 
如果我们选择的电容,和磁珠正好是以下这种情况。并且开关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。
 
加了滤波电路,结果电源纹波还变大了!
 
那么我们就需要把这个谐振点降低频率,远离开关频率。让电源纹波在这个滤波电路的衰减区。这就需要增加电容的容值。
 
有的朋友经过计算,觉得自己的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?
 
直流电压值变大了,电容值变小(耐压范围以内)
 
加了滤波电路,结果电源纹波还变大了!
 
在给出的多种电容类型中,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,会表现出极大的电容量变化。
 
当电容公司开发产品时,他们会通过选择材料的特性,使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电容,它在-55°C到+125°C之间的变化不超过±15%。
 
当我们在电容两端加上电压时,我们发现电压就会导致电容值的变化(在耐压范围以内)。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电容。数据表显示,4.7-μF电容在这些条件下通常只提供1.5μF的容量。
 
加了滤波电路,结果电源纹波还变大了!
 
我们可以看到,不同的型号,不同的耐压,不同的封装的电容,随着电压上升的下降趋势。
 
对于某个给定的封装尺寸和瓷片电容类型,电容的额定电压似乎一般没有影响。
 
这里除了考虑直流电压,还需要考虑交流电压、温度等陶瓷电容的特性。
 
(来源:硬件十万个为什么)
 
 
 
 
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关键字:技术实例 电源管理 电路保护 
本文链接:http://www.cntronics.com/cp-art/80032745
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