詳細解析Buck電路開關(guān)電源紋波的有效抑制方法

開關(guān)電源具有效率高、輸出電壓可調(diào)范圍大、損耗小、體積小、重量輕等特點，得到了廣泛的應(yīng)用。由于開關(guān)電源體積小，輸出直流電壓的紋波含量比同功率線性電源大，如何降低紋波含量成為開關(guān)電源應(yīng)用及制造技術(shù)中的一個關(guān)鍵技術(shù)難點。本文通過對Buck電路的分析，找出對紋波的產(chǎn)生有影響的因素及改善的措施。

紋波的定義

Buck類型開關(guān)電源的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

通常情況下，開關(guān)電源首先把電網(wǎng)電壓全波整流變?yōu)橹绷麟?，?jīng)高頻開關(guān)變換由變壓器降壓，經(jīng)高頻二極管整流濾波后，得到穩(wěn)定的直流電壓輸出。其自身含有大量的諧波干擾，同時由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復(fù)電流造成的尖峰都形成了電磁干擾源，這些尖峰就是輸出紋波。輸出紋波主要來源于4個方面：低頻紋波、高頻紋波、共模紋波、功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的超高頻諧振等。

Buck電路產(chǎn)生紋波的機理及計算

1、紋波電流計算

電感的定義：

λ為線圈磁鏈、N為線圈匝數(shù)、i為流經(jīng)線圈的電流、Φ為線圈磁通。如果式(1)兩端以時間t為變量進行微分計算，可得：

這便是大家所熟知的電感電壓降回路方程。

現(xiàn)在假設(shè)對于每個單獨的開關(guān)周期，在開關(guān)管導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)，輸入輸出電壓都基本沒有變化，可以寫出導(dǎo)通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)時的L兩端的電壓。

導(dǎo)通狀態(tài)L兩端的電壓：

關(guān)斷狀態(tài)L兩端的電壓：

Vsat為開關(guān)管的導(dǎo)通壓降;VF為二極管的導(dǎo)通壓降。

由于Vsat和VF相對于Vi和Vo很小，這里忽略不計，可以得到：

可以看出Von和Voff都是常數(shù)，即對于

不論在導(dǎo)通狀態(tài)還是在關(guān)斷狀態(tài)都有：

為常數(shù)，所以可以用替換，代入式(4)并整理得：