【原創】24V開關電源分析與設計、紋波抑制之等效串聯電阻與並聯電容(下)

2021-01-14 電源網訂閱號

文章來自電子星球APP——《24V開關電源分析與設計、紋波抑制之等效串聯電阻與並聯電容》

作者：張東輝


2.4、濾波電感L1參數值Lv對輸出電壓紋波影響測試

其他參數恆定、當輸出濾波電感L1參數值Lv分別為6.8uH和15uH時的仿真設置、測試波形和數據分別如下圖所示-Lv=6.8uH時紋波峰峰值約為9.5mV、Lv=15uH時紋波峰峰值約為4.4mV，所以輸出濾波電感值對輸出電壓紋波影響很大。 


L1參數設置：Lv=6.8uH和15uH

測試波形與數據

濾波電感L1存在等效並聯電容CL1時電路測試：電感L1存在等效並聯電容CL1時開關導通和關斷瞬間輸出電壓存在尖峰-交流耦合，使得輸出電壓紋波峰峰值增加，對電路進行瞬態仿真分析，測試電路、仿真波形、實際測試波形分別如下圖所示，當CL1=20pF、REv=30m時的仿真結果與實際測試結果基本一致，所以選擇電感L1時儘量降低其等效並聯電容、以減小輸出電壓紋波峰峰值。

測試電路


瞬態仿真設置

仿真測試波形


實際測試波形

2.5、續流二極體DB1的結電容Cjo參數值對電路的影響測試

其他參數恆定、當續流二極體DB1的結電容Cjo參數值Cjov分別為20pF和200pF時的仿真設置、測試波形和數據分別如下圖所示-開關電壓、輸出電壓、電感電流測試波形基本一致，但是晶片供電輸入端在開關轉換瞬間電流波形存在很大變化，Cjov=200pF時的尖峰電流遠遠大於Cjov=20pF時尖峰電流，所以實際確定DB1型號時務必注意Cjo參數值大小，以減小尖峰電流、降低電磁幹擾、減弱輸出電壓紋波。

B340A典型結電容

Cjo參數設置：Cjov=20p和200p

開關電壓、輸出電壓、電感電流測試波形

晶片輸入電流總體波形

晶片輸入電流放大波形

2.6、負載效應測試

測試電路圖、仿真設置、仿真測試波形與數據、實際測試波形分別如下圖所示，輸入電壓為12V，負載電流在2.5868A-1.3117A之間變化時輸出電壓最大值1.3443V、最小值為1.2528V，瞬間變化約為50mV，與實際測試波形特性基本一致，因為輸出濾波電容等效串聯電阻的差別，使得仿真與實際測試值存在差別。

Lv parameter analysis:6.8uH,22uH;

Cv parameter analysis:47uF,100uF;

REv parameter analysis:5m,50m;

Voffv VIN VOFF value,12V and 24V;

Cjov Diode DB1 PN junction capacitor value,20p and 200p;

負載效應測試電路

仿真測試波形與數據

實際瞬態測試波形：負載電流與輸出電壓

3、實際測試與性能提升

3.1、實際測試

首先測試24V供電遠端與近端電壓紋波、輸出電壓1.3V（1V3）紋波，分析透徹紋波產生原因之後進行改進，24V供電電源型號DH1718E。

通過測試波形可知供電電源引線對PCB輸入端紋波電壓影響嚴重，實際使用時應該儘量縮短引線，數據手冊規定當供電引線大於5cm時應該在PCB輸入端連接100uF電容以降低輸入紋波。實際使用時電路未接地，當環境幹擾嚴重時電源紋波可能增大，所以接地應該如何處理以提高電源的環境適應性與可靠性。通過實際測試可知該電源在通常環境下已經達到非常優良的性能，如果用於實際考慮，可將輸出濾波電感和電容容量增大，對降低紋波有一定效果，但是成本提高，可以預留以備後用。

利用24V開關電源測試時PCB輸入端的紋波峰峰值約為40mV，此時1.3V輸出端的紋波峰峰值同為40mV、並未擴大，所以該電源設計與元器件選擇已經非常標準。

24V供電電源輸出端紋波波形-紋波峰峰值小於50mV

1.3V輸出端紋波波形-紋波峰峰值小於30mV、與數據手冊指標基本一致

電路板PCB輸入端供電電源紋波波形-紋波峰峰值小於200mV


開關瞬間輸出電壓波形-與仿真一致-電感並聯電容影響

3.2、性能提升

A、12V近端輸入濾波電容與供電引線，縮短供電引線、增大濾波電容（低ESR）、改變供電電壓12V和24V測試紋波特性；

B、1V3濾波電容與電感調整，增大濾波電容值、採用低ESR電容、多電容並聯方式，增大濾波電感值、採用低雜散電容型電感、多電感串聯；

C、運放環路參數調整。

4、資料下載

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