电源纹波消除与线性ldo

Power Supply Ripple Rejection and Linear Regulators: What's all the noise about?

By Gabriel A. Rincón-Mora,

Senior Member, IEEE, and Vishal Gupta, Student Member, IEEE, Georgia Tech Analog and Power IC Design Lab

‘Peace and quiet’ is a scarce commodity in our lives, and with the relentless demand for highly integrated, low cost mixed-signal system-on-chip (SoC) solutions [1], it is even less frequent in integrated circuits (ICs). Densely populated SoC environments are plagued with broad-spectrum noise generated from low and high frequency digital, radio frequency (RF), and switching power supply circuits, reaching hundreds of milli-volts and extending from several thousand to a few giga-Hertz [3]. As power supplies drive these rapidly changing loads, noise is created in the supply busses and therefore propagated throughout the chip. It creates jitter and generally deteriorates the dynamic range and spectral fidelity of sensitive analog functions like data converters, phase-locked loops (PLLs), voltage-controlled oscillators (VCOs), and the like [3-6], which is how and why linear regulators have come to amass so much demand.

Linear regulators, among other things, are tasked with shielding sensitive analog blocks from noise in the supplies, making wide-spectrum power supply ripple rejection (PSRR) a vital specification parameter. In broad terms, the function of the regulator is to generate an independent supply voltage through a series-shunt feedback network. Figure 1 illustrates the basic architecture of a low dropout (LDO) linear regulator whose added function is to sustain low input-output voltage differentials, which is critical, for instance, in low voltage, battery-supplied applications. Shunt feedback is accomplished by sensing the output voltage through the R1-R2 feedback network, comparing it against a stable voltage reference, and generating a corresponding error-control signal to a pass device via an error amplifier. In essence, the feedback control signal will do whatever it takes to ensure the output voltage is close to the reference, and how close is determined by the loop gain (A olβ) of the circuit.

Figure 1. Block diagram of a typical low dropout (LDO) linear regulator

Catching the wave of integration and the demand for point-of-load (POL) regulation, many load-specific LDOs are now being deployed on-chip with output currents in the range of 10 to 50 mA [7-9]. Many of these LDO circuits, unfortunately, do not enjoy the luxury of off-chip capacitors because of the pin- and board-limited nature of the densely integrated systems they serve. Historically, however, designers have relied on these large external passives to shunt away output noise. Today, IC designers are confronted with more noise and less capacitance with which to fight it, with on-chip capacitors ranging only up to 200 pF.

The basic problem…

The problem is the limited bandwidth of the feedback loop; in other words, its ability to regulate the output against fluctuations in the supply is only effective within its bandwidth, which is generally between a few to several thousand Hertz. Shunt capacitors are therefore used to bridge the spectral gap and shunt out higher frequency components of the noise, but on-chip capacitors

can only do so at very high frequencies. Traces 1 and 2 in Figure 2 exemplify the typical frequency response of LDOs.

Fig. 2. Power supply ripple rejection (PSRR) performance of LDOs

At DC, good PSRR performance is achieved and is inversely proportional to the loop gain. When the loop gain reaches its bandwidth (BWA), gain and therefore PSRR start to deteriorate, as denoted by zero z1. When the loop gain surpasses its unity-gain frequency (UGF), it no longer plays a factor in the circuit and PSRR is determined by the simple resistive ladder comprised of the pass device, feedback resistors, and load; in other words, PSRR becomes a constant at UGF (p1) (Traces 1 and 2 flatten at p1). The output capacitor soon thereafter starts shunting the output signal, at output pole p out (p2), thereby improving PSRR from that point forward. Eventually, the impedance across the capacitor is much smaller than its equivalent series resistance (ESR) and

PSRR is then determined by the resistor-divider network comprised of the pass device and the output capacitor’s ESR (ESR is much smaller than the resistor ladder and load resistance), which is when PSRR is again constant and flat (Trace 2 after z2).

Improving PSRR with only on-chip capacitors

A brute-force method of improving PSRR is to filter the noise before it ever reaches the LDO with another LDO (Figure 3(a)) [4], doubling PSRR but not extending its spectral reach (same limitations exist for the additional LDO as they did for the original). Apart from its spectral deficit, the circuit solution consumes more power and requires more voltage headroom to operate, both of which are detrimental to battery-powered electronics. Similarly, to extend the frequency reach of PSRR, an RC filter can be placed between the supply and the LDO (Figure 3(b)), effectively shunting high frequency noise, as shown by Trace 3 in Fig. 2 with P RC. The series resistor, however, not only increases the dropout voltage of the circuit by I Load R but also consumes significant additional power (I Load R2). Decreasing the value of the resistor while still shunting noise at relatively low frequencies, of course, implies large capacitor values, which are prohibitive for on-chip realizations.

Figure 3. Improving PSRR

So how can supply noise be filtered without a series resistor? The NMOS cascode device shown in Figure 3(c) does just this. It provides a high resistance path to the supply via its saturated drain-source resistance and shunts away supply noise before it is injected to the LDO with a low frequency RC filter. In this case, the source follower’s gate is free of high frequency noise and the filter’s resistance is not in series with the input supply and therefore does not conduct any DC current. As a result, the resistor can be large without increasing dropout voltage or power losses. Unfortunately, the source follower incurs the dropout voltage degradation that the resistor did not (V dropout = V dropout_LDO + V GS), which is why a charge pump is added in Figure 3(d) (V dropout = V dropout_LDO + V DS_sat).

The PSRR performance of the charge-pump boosted NMOS cascode circuit is shown in Figure 2 with Trace 5. The filter, since now resistor R F can be large, is designed to start shunting noise at the loop gain’s bandwidth (BW A), effectively canceling the adverse effects of the bandwidth and never letting PSRR degrade beyond its good low frequency performance. The RC filter also suppresses the systematic ripple generated by the charge pump itself.

An AMI’s 0.5μm CMOS charge-pump boosted NMOS cascode LDO was designed and simulated to source 10 mA and regulate 1.0 V (we are now in the midst of preparing a chip prototype). The corner frequency of the RC filter is 3 kHz using a 700 kΩ resistor and 70 pF capacitor combination. The worst-case PSRR under worst-case conditions (low supply voltage and high load current)

occurs at 10 MHz and the circuit suppresses this noise by 46 dB, as shown in Figure 4 where a 200 mV, 10 MHz pulse is attenuated to 1 mV.

Figure 4. Worst-case PSRR performance of a 0.5μm CMOS charge-pump boosted NMOS LDO: (a)

supply and (b) resulting -46 dB output ripple

For additional details, questions, and/or comments, please contact us, the Georgia Tech Analog and Power IC Design Lab, at gtap@https://www.sodocs.net/doc/327387232.html,. More information about our research can be found at https://www.sodocs.net/doc/327387232.html,. References

[1] K. R. Volk (2002, July 09), “Dealing with noise when powering RF sections in cellular handsets.” [Online] Available:

https://www.sodocs.net/doc/327387232.html,/design_corner/showArticle.jhtml?articleID=165 05374

[2] S. Bruederle (2002, Nov. 04), “System on Chip: Driver of next generation wireless growth.” [Online] Available:

https://www.sodocs.net/doc/327387232.html,/pages/story.php.id.2916.s.8.jsp

[3] Dallas Semiconductor/Maxim, Application Note 898, “Selecting LDO linear regulators for cellphone designs.” [Online] Available:

https://www.sodocs.net/doc/327387232.html,/appnotes.cfm/appnote_number/898

[4] Dallas Semiconductor/Maxim, Appl. Note 883, “Improved power supply rejection for IC linear regulators.” [Online] Available:

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[5] L. R. Zheng, B. X. Li, and H. Tenhunen, “Efficient and accurate modeling of power supply noise on distributed on-chip power networks,” in Proc. IEEE Intl. Symp. Circuits Systems, Geneva, 2000, pp. II-513-II-516.

[6] P. Larsson, “Power supply noise in future ICs: A crystal ball reading,” in Proc. IEEE Custom Integrated Circuits Conf., San Diego, 1999, pp. 467-472.

[7] C.Lee, K. McClellan, and J. Choma Jr., “A supply-noise-insensitive CMOS PLL with a voltage regulator using dc-dc capacitive converter,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 36, pp. 1453-1463, Oct. 2001.

[8] J. M. Ingino, and V.R. von Kaenel, “A 4-GHz clock system for a

high-performance system-on-a-chip design,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 36, pp. 1693-1698, Nov. 2001.

[9] H. Tanaka, M. Aoki, T. Sakata, S.Kimura, N. Sakashita, H. Hidaka, T. Tachibana, and K. Kimura, “A precise on-chip voltage generator for a

gigascale DRAM with a negative word-line scheme,” IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 34, pp. 1084-1090, Aug. 1999.

电源纹波的产生、危害、测量和抑制

1 引言 对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源，但是它除了提供能量外，也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响，在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波。为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。 2 电源纹波 纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。 纹波用示波器可以看到，在直流电压上下轻微波动，就像水平面上波动的水纹一样，所以被称为纹波（见图1）。 图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形 2.1 电源纹波产生 我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类，输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于滤波不干净，直流电压中含有交流成分，这就产生了纹波。纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅不是定值，随时间而变，不同电源的纹波波形不一样。 产生电源纹波的因素有许多，即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。 线性电源

由于我国供电频率是50Hz，所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器，纹波电压的频率常常是50nHz，n取自然数，大小取决于整流电路的类型。对于半波整流，是1；对于全波整流，是2；对于三相全波整流，是6，即300Hz。所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ 或它的整数倍，幅值小，较易滤除，通常纹波可做到几mV。 如假定整流桥输出负载电流IL，负载电压VL，整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f，则其输出的纹波电压由表1各式计算。 表1 整流纹波电压 采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压，一般表示为： △U＝ILsin2wt／(2wC) (1) 从式(1)中可以看出，纹波频率为输人频率的两倍，其幅值正比于变换器的输出电流，反比于输人电压频率和平滑电容的大小。 开关电源 产生的纹波比较复杂、很难滤除且幅值较大。主要来源于五个方面:除低频纹波外还有高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声。一般开关电源的纹波比线性电源的纹波要大，频率要高。 ①高频纹波。高频纹波来源于开关变换电路。开关电源的开关管在导通和截止的时候，都会有一个上升和下降时间，这时候在电路中就会出现一个与开关上升与下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。同样二极管在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。还有高频变压器的漏感也会产生高频干扰。这些噪声一般叫做高频纹波噪声，幅值通常要比纹波大得多。

开关电源纹波、噪音详解——这篇文章令你眼前一亮(民熔)

开关电源纹波、噪声浅谈 纹波与噪声 纹波 开关电源的输出并不是真正恒定的，输出存在着周期性的抖动，这些抖动看上去就和水纹一样，称为纹波。 纹波可以是电压或电流纹波。 通常用2个参数来描述纹波： 最大纹波电 压：纹波的峰峰值。 纹波系数：交流分量的有效值与直流分量之比。 纹波产生的原因 开关电源的纹波来自2个地方： 低频纹波：来自AC输入的周期，电源对输入的抑制比不是完美的，当输入变化，输出也会变化。 高频纹波：来自开关切换的周期，开关电源不是线性连续输出能量，而是将能量组成一个个包来传输，因此会存在和开关周期相对应的纹波。 如果是线性电源，是没有开关纹波的，只有低频纹波。 纹波与噪声

纹波是由于AC周期或开关周期引起的输出抖动，而噪声是随机耦合到输出上的高频信号，是不一样的。 恒流 LED恒流驱动 为什么照明用LED都是电流驱动？ LED是二极管，而二极管的PN结的正向导通阻抗是负温度系数，随着温度的升高，二极管正向导通阻抗降低。 如果用恒压源驱动LED，随着LED工作，温度开始升高，温度升高后，正向导通阻抗降低，由于I=U/R，电流升高，且由于功率P=U*I，功率也增加，LED发热更厉害，进一步刺激温度升高，陷于恶性循环，直到LED损坏。 恒压源驱动时，温度和电路是一对正反馈。 所以照明LED都是恒流驱动，如果是非照明，LED几乎没有温升，此时可以用恒压驱动。 恒流精度 恒流精度和其他电影的恒压效果一样，体现在几个方面。 当负载发生变化时，电源输出的电流的恒定程度。 在实际应用时，多个不同的LED串不可能阻抗特性完全相同，将这些不同的负载接到电源上后，电流的误差就定义为恒流精度。 不光是多负载，同一个LED，温度不同时，阻抗特性也不同，不同温度下电流也是有误差的，但这和前面的条件本质还是一样，都是负载变化。

数显可调直流稳压电源

一、绪论 高科技设备的发展离不开电源技术的进步，高精度电源已广泛应用到于通信、工业、军事、航空航天、家电等领域。其中弱电的重要性是所有电源的基础，人们对它的研究、开发技术水平也越来越高。低压大电流的电源也是以后发展的方向。而直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值而电源是电子设备的心脏部分,其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性而且电子设备的故障60%来自电源,因此作为电子设备的基础元件,电源受到越来越多的重视.现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类. 所谓线性稳压电源,是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放大区. 将220V,50Hz 的工频电压经过线性变压器降压以后,经过整流,滤波和稳压, 输出一个直流电压.我们做两类电源比较。线性稳压源的优点是:电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快;线路结构简单,便于维修;没有开关干扰。缺点是:功耗大,效率低,其效率一般只有35～60%;体积大,质量重,不能微小型化;必须有较大容量的滤波电容. 其中,交换效率低下是 线性稳压电源的重要缺点,造成了资源的严重浪费. 在这种背景下,开关稳压电源应运而生. 任何电子设备均需直流电源来供给电路工作.特别是采用电网供电的电子产品.为了适应电网电压波动和电路的工作状态变化,更需要具备适应这种变化的直流稳压电源. 随着电子技术的发展,人们对如何提高电源的转换效率,增强对电网的适应性,缩小体积,减轻重量进入了深入的研究.开关电源应运而生.七十年代,便应用于电视机的接收,现在已经广泛用于彩电,录像机,计算机,通讯设备,医疗器械,气象等行业. 本文就是利用LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。与数字电压表头集成块ICL7107，实现对直流输出大小的在线测量。这种ICL7107表头需要工作电压是±5v，所以要用到LM7805和LM79L05来做工作电压。此次动手设计直流稳压电源能巩固、深化和扩展我们的理论知识与初步的专业技能，为以后的专业工作打下坚实的基础。除此之外，通过这次设计，使我们在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到的训练和提高。通过此次设计，培养我们的综合运用所学知识分析和解决工程实际的能力，培养我们正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。

高稳定度低纹波的线性稳压电源设计

高稳定度低纹波的线性稳压电源设计 中心议题： 高稳定度低纹波的稳压电源" title="线性稳压电源">线性稳压电源系统总体方案设计 线性稳压电源的主要功能模块分析 电源性能测试 本文设计制作了一款基于LT1083/LT1033 系列大功率低压差三端稳压芯片的高稳定度低纹波直流电源，介绍了降压、整流滤波、线性稳压、LC 低通滤波等主要构成模块。测试结果表明，本电源具有输出电压稳定度高、输出电流大、低纹波、低功耗等特点。 线性稳压电源被广泛应用于科研、电力电子、电镀、广播电视发射、通信等领域，是大专高等院校、实验室等进行电子电路研究不可或缺的仪器设备。但是传统线性稳压电源存在变压器转换效率低、稳压芯片压差大、滤波电路不够完善等缺点，时常出现输出纹波大、效率低、发热量大、间接地给系统增加热噪声等问题。在历年的电子设计竞赛中，作品在比赛场地测试正常，但在指定测试场地测评时，

电路突然烧毁或者性能指标达不到原先水平的现象时有发生，一个重要的原因就是测评场地提供的稳压电源电压波动大、供电电流不稳定、正负电压不匹配。因此，高稳定性、低纹波的稳压电源是科研创新和电子设计竞赛不可或缺的保障。 1 系统总体方案设计 本设计由降压模块、整流滤波模块、线性稳压模块和低通滤波模块组成，如图1 所示。变压器将220 V/50 Hz 交流电分别降压到±16 V、±6 V、+6 V, 通过整流桥堆整流以及大容量电容滤波后，进入正（负）线性稳压模块，再经过低通滤波模块滤除直流以外的干扰信号，分别输出±15 V、±5 V、+5 V 的稳定电压。 图1 系统结构框图 2 主要功能模块分析 整流滤波模块

开电源纹波噪声的产生及抑制

电源纹波噪声的产生及抑制 一、纹波 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处： 1.1．容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 1.2．降低了电源的效率； 1.3．较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 1.4．会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 1.5．会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示； 单位通常为：mV 例如： 一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV 就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1．以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面： 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声;

4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。 4.1、输入低频纹波: 低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。 交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。 电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。要实现开关电源的低纹波输出，必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。 低频纹波抑制的几种常用的方法: a、加大输出低频滤波的电感，电容参数。 △●电容上的纹波有两个成分,一个是充放电时的电压升降量，一个是电流进出电容时ESR上的I*R电压降量。 △●通过输出纹波与输出电容的关系式：vripple=Imax/(Co×f)可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。 △●或者考虑采用并联的方式减小ESR值,或者使用LOW ESR电容。 b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。 △●feed forward control(FFC)前馈控制是按照扰动产生校正作用的一种调节方式，主要用于一些纯滞后或容量滞后较大的被控参数的控制。 △●其目的是加速系统响应速度，改善系统的调节品质。 4.2、高频纹波: 高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路 在电路中，通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换后整流滤波再实现稳压输出的，在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波，其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关； 设计中尽量提高功率变换器的工作频率，可以减少对高频开关纹波的滤波要求。高频纹波抑制常用的方法有以下几种： a、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率，其纹波电流△I可由下式算 出： 可以看出，增加L值，或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动。 b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。 c、采用多级滤波。 一般滤波多采用C型、LC型、CLC型，为了更好的抑制纹波，可以采用增加多一级LC滤波。 4.3、寄生参数引起的共模纹波噪声: 由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容，导线存在寄生

开关电源的纹波和噪声测试方法

开关电源的纹波和噪声(图) 开关电源（包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块）与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%；其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右（低的为输出电压的0.5%左右），最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV；而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。 噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。 开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一，因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声

高稳定度低纹波直流电源设计

高稳定度低纹波直流电源设计线性稳压电源被广泛应用于科研、电力电子、电镀、广播电视发射、通信等领域，是大专高等院校、实验室等进行电子电路研究不可或缺的仪器设备。但是传统线性稳压电源存在变压器转换效率低、稳压芯片压差大、滤波电路不够完善等缺点，时常出现输出纹波大、效率低、发热量大、间接地给系统增加热噪声等问题。在历年的电子设计竞赛中，作品在比赛场地测试正常，但在指定测试场地测评时，电路突然烧毁或者性能指标达不到原先水平的现象时有发生，一个重要的原因就是测评场地提供的稳压电源电压波动大、供电电流不稳定、正负电压不匹配。因此，高稳定性、低纹波的稳压电源是科研创新和电子设计竞赛不可或缺的保障。 1 系统总体方案设计 本设计由降压模块、整流滤波模块、线性稳压模块和低通滤波模块组成，如图1 所示。变压器将220 V/50 Hz 交流电分别降压到±16 V、±6 V、+6 V，通过整流桥堆整流以及大容量电容滤波后，进入正（负）线性稳压模块，再经过低通滤波模块滤除直流以外的干扰信号，分别输出±15 V、±5 V、+5 V 的稳定电压。 2 主要功能模块分析 2.1 整流滤波模块 整流滤波电路主要由整流桥堆和大容量滤波电容组成，如图2 所示。整流桥堆具有体积小巧、输出电流大、安装方便等优势，并能代替由4 只二极管组成的传统桥式整流电路。滤波电路采用大容量电解电容滤波，增加了输出电压的稳定性。根据式（1）可求出所需滤波电容容量。 当输出电压为5 V、电流为2 A 时，R=U/I=2.5 Ω，此时，C= kT/2R =20 000 μF，其中，k=5 。电容耐压Umax≥√2Ui≈24.038 V.其中，Ui=17 V，因此Umax取值为25 V.在电解电容C6 两端并联一个0.01μF 的瓷片电容C10 可以有效抑制高频干扰。

Buck电路中分析开关电源纹波抑制

由于开关电源体积小，输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大，如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。本文通过对Buck电路的分析，找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。 1 纹波的定义 Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。 通常情况下，开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电，经高频开关变换由变压器降压，经高频二极管整流滤波后，得到稳定的直流电压输出。其自身含有大量的谐波干扰，同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源，这些尖峰就是输出纹波。输出纹波主要来源于4个方面：低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。 2 Buck电路产生纹波的机理及计算 2.1 纹波电流计算 电感的定义： λ为线圈磁链;N为线圈匝数;i为流经线圈的电流;Φ为线圈磁通。如果式(1)两端以时间t为变量进行微分计算，可得：

这便是大家所熟知的电感电压降回路方程。 现在假设对于每个单独的开关周期，在开关管导通状态和关断状态，输入输出电压都基本没有变化，可以写出导通状态和关断状态时的L两端的电压。 导通状态L两端的电压： 关断状态L两端的电压： Vsat为开关管的导通压降;VF为二极管的导通压降。 由于Vsat和VF相对于Vi和Vo很小，这里忽略不计，可以得到： 可以看出Von和Voff都是常数，即对于

，不论在导通状态还是在关断状态都有： 为常数，所以可以用 替换 ，代入式(4)并整理得： 可以认为Δi就是电感线圈中的纹波电流，将导通和关断状态时的时间和电压式(2)和式(3)代入上式，分别写出导通状态和关断状态时的纹波电流表达式：

开关电源各个专业开关电源各个专业名词解释

开关电源各个专业纹波与噪声 纹波 ■开关电源的输出并不是真 上去就和水纹一样，称为纹 纹波可以是电压或电流纹波■通常用2个参数来描述纹最大纹波电压：纹波的峰峰纹波系数：交流分量的有效纹波产生的原因 ■开关电源的纹波来自低频纹波：来自AC 输入的周输出也会变化。 高频纹波：来自开关切换的量组成一个个包来传输，■如果是线性电源，是没有关电源各个专业名词解释不是真正恒定的，输出存在着周期性的抖动，称为纹波。 流纹波。 描述纹波： 的峰峰值。 的有效值与直流分量之比。 2个地方： 入的周期，电源对输入的抑制比不是完美的，当输切换的周期，开关电源不是线性连续输出能量，因此会存在和开关周期相对应的纹波。 是没有开关纹波的，只有低频纹波。 解释 ，这些 抖动看 当输入 变化，能量，而是 将能

纹波的影响 ■最大纹波会决定输出的峰 的影响，使得输出的峰值比比如，对LED 来说，过高的■过大的纹波系数会使得输求。 比如，对LED 来说，过大的■如果开关电源用来驱动电是驱动IC 这种高速型负载纹波与噪声 ■纹波是由于AC 周期或开的高频信号，是不一样的调整率 ■电源在使用时，有两个明 输入和负载发生变化时，出的峰值，本来输出是稳定的某个电压或电流峰值比平均值高，这可能会损坏负载。 过高的电流会减少LED 的寿命。 使得输出的能量不均衡平滑，从而偏离了直流输过大的纹波系数会使得LED 亮度变化，造成闪烁驱动电池，LED 灯这种负载，低频纹波的影响更型负载，高频纹波的影响更大。 期或开关周期引起的输出抖动，而噪声是随机耦合样的。 两个明显变化的外部条件：输入和负载。好的电，依然能维持恒压或恒流。 电流，由 于纹波直流输出 这个要成闪烁。 影响更大， 如果机耦合到 输出上 好的电源 应该在

如何降低电源纹波噪声的分析与应用

如何降低电源纹波噪声的分析与应用 一、什么叫纹波？ 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量； 它主要有以下害处： 1、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 2、降低了电源的效率； 3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 4、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 5、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示； 例如：一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压 =10mv/12V=0.12 %； 三、纹波的测试方法 以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关

开关电源的纹波和噪声

开关电源的纹波和噪声 开关电源（包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块）与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%；其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右（低的为输出电压的0.5%左右），最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV；而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。 噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。 开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一，因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法，它能精准地测出纹波和噪声电压值。

直流稳压电源

摘要 开关电源以其高效率、小体积等优点获得了广泛应用。传统的开关电源普遍采用电压型脉宽调制(PWM)技术，而近年电流型PWM技术得到了飞速发展。相比电压型PWM，电流型PWM具有更好的电压调整率和负载调整率，系统的稳定性和动态特性也得以明显改善，特别是其内在的限流能力和并联均流能力使控制电路变得简单可靠。 直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。 信号源产生控制信号，该信号有它激或自激电路产生。比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值，、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。 开关电源典型结构有串联开关电源结构、并联开关电源结构、正激开关电源结构、反激开关电源结构、半桥开关电源结构、全桥开关电源结构等。这里重点介绍一下反激开关电源结构。 所谓单端是指只有一个脉冲调制信号功率输出端一漏极D。反激式则指当功率MOSFET 导通时，就将电能储存在高频变压器的初级绕组上，仅当MOSFET关断时，才向次级输送电能，由于开关频率高达100kHz，使得高频变压器能够快速存储、释放能量，经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。这也是反激式电路的基本工作原理。而反馈回路通过控制TOPSwitch器件控制端的电流来调节占空比，以达到稳压的目的。 稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。

纹波测试方法

纹波测试的注意事项 纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的测试就显得极为重要。 电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。 1 ）、电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。 2 ）、对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。 电源纹波噪声测试方法 我们今天的电子电路（比如手机、服务器等领域）的切换速度、信号摆率比以前更高，同时芯片的封装和信号摆幅却越来越小，对噪声更加敏感。因此，今天的电路设计者们比以前会更关心电源噪声的影响。实时示波器是用来进行电源噪声测量的一种常用工具，但是如果使用方法不对可能会带来完全错误的测量结果，笔者在和用户交流过程中发现很多用户的测试方法不尽正确，所以把电源纹波噪声测试中需要注意的一些问题做一下总结，供大家参考。 由于电源噪声带宽很宽，所以很多人会选择示波器做电源噪声测量。但是不能忽略的是，实时宽带数字示波器以及其探头都有其固有的噪声。如果要测量的噪声与示波器和探头的噪声在相同数量级，那么要进行精确测量将是非常困难的一件事情。 示波器的主要噪声来源于２个方面：示波器本身的噪声和探头的噪声。所有的实时示波器都实用衰减器来调整垂直量程。设置衰减以后示波器本身的噪声会被放大。比如，当不用衰减器时，示波器的基本量程是５ｍＶ/ 格，假设此时示波器此时的底噪声是５００ｕＶＲＭＳ。当把量程改成５０ｍＶ/ 格时，示

模电课设：直流稳压电源

课程设计任务书 半导体直流稳压电源的设计和测式 一、 设计目的 1、 学习直流稳压电源的设计方法； 2、 研究直流稳压电源的设计方案； 3、 掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法。 二、 设计要求和技术指标 1、 技术指标：要求电源输出电压为±12V(或±9V/±5V)，输入电压为交流 220V ，最大输出电流为I omax =500mA ，纹波电压△V op-p ≤5mv ,温压系数Sr ≤5%。 2、 设计要求： （1） 设计一个能输出±12V/±9V/±5V 的直流稳压电源； （2） 要求绘出原理图，并用Protel 画出印制板图； （3） 根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； （4） 要求绘出原理图，并用Protel 画出印制版图； （5） 在万能板或面包板或PCB 板上制作一台直流稳压电源； （6） 测量直流稳压电源的内阻； （7） 测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压； （8） 撰写设计性报告。 三、 设计提示 1、 设计电路框图如图所示 稳压电路 滤波电路 整 流 电路 变 压 器 交 流 电 源

稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选78XX和79XX稳压器。 测量稳压系数:在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小1 0%的输出△Vo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=△VoV I/△V I Vo. 测量内阻:在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的△Vo，R o=△Vo/△I I. 纹波电压测量:叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。可将其放大后，用示波器观测其峰—峰值△V o p-p;用可用交流毫伏表测量其有效值△Vo,由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。 2、实验仪器设备 自耦变压器一台、数字万用表、数字电压表、变压器、面包板或万能板、智能电工实验台、示波器 3、设计用主要器件： 变压器、整流二极管、集成稳压器、电容、电阻若干 4、参考书： 《电子线路设计·实验·测试》华中科技大学出版社 《模拟电子技术基础》高等教育出版社 四、设计报告要求 1、选定设计方案； 2、拟出设计步骤，画出电路、分析并计算主要元件参数值； 3、列出测试数据表格； 4、测试总结。 五、设计总结 1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行比较。 2、总结直流稳压电源的主要参数的测试方法。

最有效的开关电源纹波计算方法

对滤波效果而言，电容的ESL和ESR参数都很重要，电感会阻止电流的突变，电阻则限制了电流的变化率，这些影响对电容的充放电显然都不利。优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESL和ESR，故而横向比较起来，同样的容量滤波效果却不同。

漏电流小，ESR小，一般都是认为要选择低ESR的系列，不过也与负载有关，负载越大，ESR不变时，纹波电流变大，纹波电压也变大。我们从公式上来看看，dV=C*di*dt；dv就是纹波，di是电感上电流的值，dt是持续的时间。一般的开关电源书籍都会讲到怎么算纹波，大题分解为：滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise，如下图： 一般对纹波的计算通常是估算 有关开关电源纹波的计算，原则上比较复杂，要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数，计算每个谐波的衰减，再求和。最后的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关，而且与负载电阻有关。当然，计算时是将滤波电感和滤波电容看成理想元件，若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR，那就更复杂了。所以，通常都是估算，再留出一定余量，以满足设计要求。对样机需要实际测试，若不能满足设计要求，则需要更改滤波元件参数。 以Buck电路为例，电感中电流连续和断续，开关电源的传递函数完全不同。电流连续时环路稳定，电流断续时未必稳定。而电感中电流是否连续，除与电感量等有关外，还与负载有关。更严重的是，电流是否连续还与占空比有关，而占空比是由反馈电路控制的。不仅Buck，其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。 若要求所有可能产生的工作状态下都稳定，通常要加假负载以保证Buck电路电感电流总是连续(对Buck/Boost或反激则保证不会在连续断续之间转变)，或者把反馈环路时间常数设计得非常大(这会在很大程度上降低开关电源的响应速度)。对输出电压可调整的开关电源(例如实验室用的0～30V输出电源)，环路稳定的难度更大。对这类电源，往往要在开关电源之后再加一级线性调整。 电解电容的选择很重要 在输出端采用高频性能好、ESR低的电容，高频下ESR阻抗低，允许纹波电流大。可以在高频下使用，如采用普通的铝电解电容作输出电容，无法在高频（100kHz以上的频率）下工作，即使电容量也无效，因为超过10kHz时，它已成电感特性了。

高稳定度低纹波的线性稳压电源设计

高稳定度低纹波的线性稳压电源设计中心议题： ?高稳定度低纹波的稳压电源" title="线性稳压电源">线性稳压电源系统总体方案设计 ?线性稳压电源的主要功能模块分析 ?电源性能测试 本文设计制作了一款基于LT1083/LT1033 系列大功率低压差三端稳压芯片的高稳定度低纹波直流电源，介绍了降压、整流滤波、线性稳压、LC 低通滤波等主要构成模块。测试结果表明，本电源具有输出电压稳定度高、输出电流大、低纹波、低功耗等特点。 线性稳压电源被广泛应用于科研、电力电子、电镀、广播电视发射、通信等领域，是大专高等院校、实验室等进行电子电路研究不可或缺的仪器设备。但是传统线性稳压电源存在变压器转换效率低、稳压芯片压差大、滤波电路不够完善等缺点，时常出现输出纹波大、效率低、发热量大、间接地给系统增加热噪声等问题。在历年的电子设计竞赛中，作品在比赛场地测试正常，但在指定测试场地测评时，电路突然烧毁或者性能指标达不到原先水平的现象时有发生，一个重要的原因就是测评场地提供的稳压电源电压波动大、

供电电流不稳定、正负电压不匹配。因此，高稳定性、低纹波的稳压电源是科研创新和电子设计竞赛不可或缺的保障。 1 系统总体方案设计 本设计由降压模块、整流滤波模块、线性稳压模块和低通滤波模块组成，如图1 所示。变压器将220 V/50 Hz 交流电分别降压到±16 V、±6 V、+6 V, 通过整流桥堆整流以及大容量电容滤波后，进入正（负）线性稳压模块，再经过低通滤波模块滤除直流以外的干扰信号，分别输出±15 V、±5 V、+5 V 的稳定电压。 图1 系统结构框图 2 主要功能模块分析 2.1 整流滤波模块 整流滤波电路主要由整流桥堆和大容量滤波电容组成，如图2 所示。整流桥堆具有体积小巧、输出电流大、安装方便等优势，并能代替由4 只二极管组成的传统桥式整流电路。

电源纹波分析及测试方法

电源纹波分析及测试方法 一、什么叫纹波 纹波（ripple）的定义是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定量上的交流分量。 它主要有以下害处： 1.1．容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 1.2．降低了电源的效率； 1.3．较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 1.4．会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 1.5．会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作 二、纹波、纹波系数的表示方法 可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示； 单位通常为：mV 例如：

一个电源工作在稳压状态，其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量，即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1．以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK（也有测有效值的），去除示波器控头上的夹子与地线（因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯），使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面： 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声; 4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。

五、电源纹波测试 纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的测试就显得极为重要。 电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。 一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。 电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。 所用的仪器是：配有电压测量探头的TDS1012B示波器。 测量之前需要进行如下设置。 1.通道设置：

模电课设：直流稳压电源

课程设计任务书 半导体直流稳压电源的设计和测式 一、设计目的 1、学习直流稳压电源的设计方法； 2、研究直流稳压电源的设计方案； 3、掌握直流稳压电源的稳压系数和内阻测试方法。 二、设计要求和技术指标 1、技术指标：要求电源输出电压为±12V(或±9V/±5V)，输入电压为交流2 20V，最大输出电流为I omax=500mA，纹波电压△V op-p≤5mv,温压系数Sr≤5%。 2、设计要求： （1）设计一个能输出±12V/±9V/±5V的直流稳压电源； （2）要求绘出原理图，并用Protel画出印制板图； （3）根据设计要求和技术指标设计好电路，选好元件及参数； （4）要求绘出原理图，并用Protel画出印制版图； （5）在万能板或面包板或PCB板上制作一台直流稳压电源； （6）测量直流稳压电源的内阻； （7）测量直流稳压电源的稳压系数、纹波电压； （8）撰写设计性报告。 三、设计提示 1、设计电路框图如图所示

稳压电路若使用分离元件要有取样、放大、比较和调整四个环节，晶体管选用3DD或3DG等型号；若用集成电路选78XX和79XX稳压器。 测量稳压系数:在负载电流为最大时，分别测得输入交流比220V增大和减小1 0%的输出△Vo，并将其中最大一个代入公式计算Sr，当负载不变时，Sr=△VoV I/△V I Vo. 测量内阻:在输入交流为220V，分别测得负载电流为0及最大值时的△Vo，R o=△Vo/△I I. 纹波电压测量:叠加在输出电压上的交流分量，一般为mV级。可将其放大后，用示波器观测其峰—峰值△V op-p;用可用交流毫伏表测量其有效值△Vo,由于纹波电压不是正弦波，所以用有效值衡量存在一定误差。 2、实验仪器设备 自耦变压器一台、数字万用表、数字电压表、变压器、面包板或万能板、智能电工实验台、示波器 3、设计用主要器件： 变压器、整流二极管、集成稳压器、电容、电阻若干 4、参考书： 《电子线路设计·实验·测试》华中科技大学出版社 《模拟电子技术基础》高等教育出版社 四、设计报告要求 1、选定设计方案； 2、拟出设计步骤，画出电路、分析并计算主要元件参数值； 3、列出测试数据表格； 4、测试总结。 五、设计总结 1、总结直流稳压电源的设计方法和运用到的主要知识点，对设计方案进行比较。 2、总结直流稳压电源的主要参数的测试方法。 目录 第1章绪论 (5)

开关电源纹波分析及抑制(精华)

主题: 开关电源纹波的产生与控制 开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。若要实现开关电源的低纹波输出，则必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。 低频纹波抑制的几种常用的方法: a、加大输出低频滤波的电感，电容参数，使低频纹波降低到所需的指标。 b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。 2、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路，在电路中，通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的，在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波，其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关，设计中尽量提高功率变换器的工作频率，可以减少对高频开关纹波的滤波要求。 高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路，常用的方法有以下几种: a、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波 b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。 C、采用多级滤波。 3、由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容，导线存在寄生电感，因此当矩形波电压作用于功率器件时，开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容，并在输出侧加共模抑制电感及电容，可减小输出的共模纹波噪声。 减小输出共模纹波噪声的常用方法: a、输出采用专门设计的EMI滤波器。 b、降低开关毛刺幅度。 4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振，频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二

设计制作一款超低噪音超低纹波HIFI电源

设计制作一款超低噪音超低纹波HIFI电源在集成电路流行前，人们用分离元件制作稳压电源。后来，三端稳压IC开始流行，这些IC使用简便，体积小，性能不俗，价廉物美。如果你不在乎价格，市场上有很多改进型的集成稳压可以买到。所以现在的DIYER很少有人愿意回到用分离元件自己制作稳压电源。 但是，集成三端稳压也有一些致命的缺点： 1、输入输出电压或电压差有限制;比如78系列最高输入电压是35V，317系列输入输出压差必须保持在35V以内。 2、大电流输出能力有限;受制于产品封装以及内部调整管的性能，大部分三端稳压芯片仅可提供1A 的输出电流能力，好点的也最多达到3A。 3、纹波抑制能力有限;受制于内部集成的741一辈爷爷级运放的增益带宽积和转换速率指标，大部分三端稳压的纹波抑制能力相当有限。尤其是在较高的频率下，仅是低频的1/10能力都没有。 上述缺点严重限制了传统三端稳压芯片在音频电路尤其是在需要高电压，大电流的情况比如功放等上面的应用。那么，我们DIY是否有能力做到性能超越三端稳压，成本不高，适用范围广的分立元件稳压电路呢?其实，拥有一个好的运放，一些常规电阻电容，一个好的参考电压源以及一些常规的晶体管，只要我们不追求体积，DIYer完全可以做出超越三端稳压IC的线性稳压电源！ 要实现超越，我们必须先研究清楚常规三端稳压电路的工作机理，并回顾和总结前人所设计制作的优秀之作，并吸取其精华，利用日新月异的新器件，新思路，来设计并制作适合业余DIY的分立模拟稳压电源。 一、线性稳压电源如何工作？ 这个是个标准的线性稳压器的简化方块图： 线性稳压器简化图 上图为串联型线性稳压电源，因为调整三极管是串联在输入和输出中间的。通过控制调整三极管的基极电压的方法来控制三极管输出脚的电压。连接误差放大器的一个输入脚的是参考电压VREF。连接误差放大器另一个输入脚的是一个电压分压器的中点电压。任何运放都会通过调节输出电压的方式来使两个输入端保持平衡。在这个图里，误差放大器的输出端连接到了一个NPN三极管的基极上，误差放大器输出电流到三极管的基极上，三极管电流从集电极向发射极流动，相当于从调整管基极吸取电流。一个运放只要有几十毫安的驱动力，就可以控制好调整管的电流。 设参考电压为5V（VREF），R1/R2=3。由于误差放大器同相端为参考电压保持不变，而运放总是要保持两个输入端的平衡，所以，他会不断调节自己的输出电压一直到分压电路中点即反相端出现5V为止。由于分压比为4，所以最终的输出电压VOUT将保持在20V，这是一个不断循环的过程，最终达到了稳压效果。