黄山工程建设信息网站,网站建设要学哪些软件有哪些,湖南招投标信息网官网,北京网站建设公司 网络服务纹波的引入#xff1a;在我们嵌入式设备中#xff0c;很多时候电路电源的纹波很敏感#xff0c;纹波太大会导致系统不工作#xff0c;因此设计一个纹波很小的电路就是我们的需求了。 电路的纹波是什么#xff1f;
纹波#xff08;Ripple#xff09;是指电源输出中叠加在…纹波的引入在我们嵌入式设备中很多时候电路电源的纹波很敏感纹波太大会导致系统不工作因此设计一个纹波很小的电路就是我们的需求了。 电路的纹波是什么
纹波Ripple是指电源输出中叠加在直流电压上的周期性波动成分通常是由于交流电源整流和开关电源的工作原理所引入的。它表现为输出直流信号上的周期性波形主要包括低频和高频的正弦或脉冲信号。
纹波的来源
整流电路 在交流电整流为直流的过程中由于滤波器如电容的容量不足会在直流电中留下未完全消除的波动通常表现为工频纹波如 50Hz 或 60Hz。
开关电源 开关电源通过高频开关工作导致输出电压中可能存在高频的脉动分量这是由于高频开关噪声和电感/电容滤波不足造成的。
负载波动 当负载变化时电源调节响应可能滞后导致短时间内出现电压波动。
因此如下图的才是纹波其他两幅图中的都不是纹波。 下面这两幅图都不是纹波。 首先我们要知道电源分为线性电源和开关电源他们都可以把一个电压转为另一个电压但是在转变的过程中他们会表现出不同的特性这个问题在之前我们的硬件篇中也有讲过 线性电源的内部原理
线性电源是一种通过线性调节器对电压进行稳压的电源类型其核心是利用串联调整元件工作在线性区进行电压调节。
输入整流和滤波交流输入电压通过整流桥整流成脉动直流电压再通过滤波电容或电感-电容组合滤波形成一个相对平滑的直流电压。
稳压电路使用一个串联调整元件如晶体管或 MOSFET与负载串联调节输出电压。
调整元件根据误差放大器的反馈信号工作在线性区调整通过的电流大小。
反馈控制输出电压通过采样电路与参考电压如基准二极管产生的稳定电压进行比较。
误差放大器放大两者的差值控制调整元件以稳定输出电压。 表现出来的特性也不算纹波了纹波淹没在其中了。 开关电源的内部原理
开关电源Switching Power Supply是一种通过高频开关技术将电能高效转化的电源类型其调节方式基于开关元件的开断操作。
输入整流和滤波将交流电压整流成直流电压通过滤波器消除工频噪声。
高频转换开关元件如 MOSFET在高频几十 kHz 到几 MHz下工作通过脉宽调制PWM控制开关占空比调节输出电压。高频变压器在此阶段将输入电压升压或降压。
输出整流和滤波高频脉冲电压通过二极管整流再通过电容和电感滤波形成稳定的直流电压输出。
反馈控制采样输出电压与参考电压比较后将误差信号反馈到控制电路调节开关元件的占空比。 不产生纹波的电源
电源中要做到完全不产生纹波几乎是不可能的但纹波的幅度可以被极大地抑制。以下是一些关键点线性稳压器是实现低纹波的最佳选择线性稳压器通过调整元件如三极管或 MOSFET在其线性工作区内连续调整输出电压能够平滑输入电压的波动。它不会像开关电源那样使用高频开关操作因此没有开关引起的高频纹波。滤波器和反馈控制可以将输入端残余的低频纹波进一步抑制使得输出电压极其平稳。大部分剩余干扰信号可能是系统噪声系统噪声可能来源于输入电源的电磁干扰EMI、电路板的寄生效应或者外部环境。线性稳压器的高频抑制特性可以减少这些噪声传导到输出端。 开关电源一定会产生纹波
开关电源的工作原理决定了它必然会产生纹波且纹波大小是衡量开关电源质量的重要指标纹波产生的原因高频开关动作开关管的导通和关断会引入尖峰电压和电流形成高频纹波。高频变压器、电感和电容中的寄生效应也会导致高频纹波。输出滤波器的设计不足或元件选型不当可能加剧纹波的幅度。纹波大小是衡量开关电源性能的关键指标高品质开关电源会通过更好的滤波设计如 LC 滤波器、多级滤波和优化电磁兼容性EMC的设计来尽量减小纹波。即便如此开关电源的纹波水平通常比线性电源高尤其在高频端。
使用线性稳压器实现低纹波设计的优势
如果需要设计纹波极小的电源线性稳压器是更好的选择原因包括本质低纹波线性稳压器没有高频开关操作不会引入高频纹波。其输出的低频纹波主要由输入端工频纹波决定可以通过合理选择滤波电容容量和种类来进一步抑制。更好的噪声抑制性能线性稳压器可以有效滤除输入端的高频噪声和低频波动使得输出更加稳定。适用于对噪声和纹波敏感的场景如音频设备、精密测量仪器和通信设备。设计简单与开关电源相比线性电源的电路设计和调试更加简单不需要考虑高频开关噪声的复杂抑制措施。
选择线性稳压器的注意事项
虽然线性稳压器在纹波性能上表现出色但在设计时也需要注意其缺点效率较低线性稳压器通过调整元件线性降低电压多余的能量以热的形式耗散因此效率较低尤其是在输入电压和输出电压相差较大的情况下。功率限制由于热损耗问题线性稳压器的功率输出有限不适合大功率场合。输入输出差距的限制线性稳压器要求输入电压高于输出电压称为压差通常需要设计预留足够的压差。
因此不产生纹波抑制输入电压波动大部分测到的是系统噪声的而开关电源一定产生纹波纹波大小是衡量开关电源的指标如果想设计纹波很小的电源用线性稳压器才是不错的选择。
特性线性电源开关电源主要纹波来源工频整流后的残余纹波高频开关操作和 EMI纹波频率低频50Hz 或 60Hz高频kHz 至 MHz 级别纹波幅度非常小通常在毫伏级别较大通常在几十到几百毫伏范围控制难度易于通过滤波和反馈控制抑制难度较高需设计多级滤波 多小的纹波才算小
纹波电压评价适用场景 1 mV极小精密测量仪器如医疗设备、实验室用精密电源。1 - 10 mV很小高端音频设备、低噪声通信设备、模拟电路供电。10 - 50 mV小一般数字电路、电机驱动、普通嵌入式设备。50 - 100 mV中等开关电源常见水平适用于功耗较大且对噪声不敏感的设备如家用电器。 100 mV较大对噪声敏感性低的设备或非关键性供电场景。
纹波的允许范围因应用不同而异
1模拟电路和精密设备 纹波越小越好通常小于1 mV。 例如 高精度ADC/DAC纹波可能直接影响信号质量。 医疗设备如心电图仪和超声波仪器需要非常干净的电源供电。
2数字电路 数字电路相对耐受一些但纹波过大会引发逻辑错误。 典型需求 一般数字电路纹波小于50 mV即可。 对噪声敏感的高速通信接口或高速处理器纹波应控制在10 mV以内。
3功率电子和电机驱动 功率驱动器和大功率负载对纹波要求较低可以接受较大的纹波50-100 mV或更高。 例如 工业电机控制、电池充电设备。
4音频设备 音频设备的纹波会影响噪声水平 高端音频设备通常要求纹波小于5 mV以避免听得见的电源噪声。 一般音响设备纹波小于10-20 mV即可。
5嵌入式系统和单片机 典型的单片机和嵌入式系统要求纹波在10-50 mV范围内。 如果系统包含精密传感器模块可能需要更低的纹波。
