耦合电感零输入纹波高增益非隔离DCDC变换器_陈章勇
DCDC电容电感计算
BOOST电路的电感、电容计算 升压电路的电感、电容计算 已知参数: 输入电压:12V --- Vi 输出电压:18V ---Vo 输出电流:1A --- Io 输出纹波:36mV --- Vpp 工作频率:100KHz --- f 其他参数: 电感:L 占空比:D 初始电流:I1 峰值电流:I2 线圈电流:Irms 输出电容:C 电流的变化:deltaI 整流管压降:Vd ***************************************************** 1:占空比 稳定工作时,每个开关周期导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少,即Vi*D/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-D)/(f*L),整理后有 D=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入,D=0.572 2:电感量 先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量,其值为Vi*(1-D)/(f*2*Io),参数带入,Lx=38.5uH, deltaI=Vi*D/(L*f),参数带入,deltaI=1.1A 当电感的电感量小于此值Lx时,输出纹波随电感量的增加变化较明显,
当电感的电感量大于此值Lx时,输出纹波随电感量的增加几乎不再变小,由于增加电感量可以减小磁滞损耗,另外考虑输入波动等其他方面 影响取L=60uH, deltaI=Vi*D/(L*f),参数带入,deltaI=0.72A, I1=Io/(1-D)-(1/2)*deltaI, I2= Io/(1-D)+(1/2)*deltaI, 参数带入,I1=1.2A,I2=1.92A 3:输出电容: 此例中输出电容选择位陶瓷电容,故ESR可以忽略 C=Io*D/(f*Vpp),参数带入, C=99.5uF,3个33uF/25V陶瓷电容并联 4:磁环及线径: 查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2),参数带入,irms=1.6A 按此电流有效值及工作频率选择线径
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。
PFC电感及匝数计算
(1) 升压电感的设计 升压电感的值决定转换器开关频率的大小，它主要由最小开关频率和输出功率决定。设开关管在一个周期里的导通时间为on t ，关断时间为off t ，则： VAC I L V I L t Lpk inpk Lpk on ??=???=2)sin()sin(θθ (2.32) ) sin(2)sin(θθ??-??=VAC V I L t out Lpk off (2.33) 式中，θ为交流输入电压的瞬时相位。 由式（2.33）可知，在交流输入电压的一个周期内，开关管的导通时间与电压的瞬时相位无关。由on t 和off t ，可得开关周期： [] )sin(22) sin(22)sin(2)sin(2122θθθθ??-????=??-????=?? ??????-+???=+=VAC V VAC P V L VAC V VAC V I L VAC V VAC I L t t T out in out out out Lpk out Lpk off on s (2.34) 故变换器的开关频率为： [] in out out sw sw P V L VAC V VAC T f ?????-?==2)sin(212θ (2.35) 所以，当1)sin(=θ时，开关频率最小；当0)sin(=θ时，开关频率最大。 故升压电感大小为： [] in out sw out P V f VAC V VAC L ????-?=min 222 (2.36) 由式（2.35）可知，最小开关频率出现在交流输入电压最大或最小时，分别计算它们对应的电感值： uH H VAC L 35.336400 220300002)2652400(265)(2max =????-?= (2.37) uH H VAC L 89.382400 220300002)852400(85)(2min =????-?= (2.38) 比较两个值，取uH L 310=。当V a c V in 85=时，由式（2.36）可得 k H z k H z f sw 207.33min >=，从而可以避免音频噪声。 根据近似的面积乘积（AP ）法来估算升压电感磁芯尺寸的大小，其中面积
如何正确地测试纹波电压
如何正确地测试纹波电压 纹波电压在产品中是一项很重要的参数，过大的纹波电压不仅会直接影响音频电路的信噪比，甚至引起电路的误动作。在实际做设计调试和测试时，我们发现很多同事并不知道如何去测试纹波，因此收集了一些网上资料结合实际经验总结出这篇文章，借此抛砖引玉。 由于目前产品中大量应用开关电源和DC-DC等电路进行供电和电压转化，此类设计由于应用了开关技术使供电的效率有了本质上的提高，大大减小了功率耗散；但同时也增加了输出的交流成分，即我们所说的纹波和噪声（Ripple & Noise）。 一、 纹波的概念： 纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值, 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的,由于滤波不干净,就会有剩余的交流成分,即便如此,就是用电池供电也因负载的波动而产生波纹。事实上,即便是最好的基准电压源器件,其输出电压也是有波纹的。 纹波应是AC和开关频率的整倍数,用傅里叶级数展开应该是mf越高,Am越小。杂噪应该是不规则的离散波,是由非线性器件对I、V互相反复调制,在负载、输入的AC变化、温度变化都使杂噪变化,其频带可能有数十MHz到1GHz,主要以辐射的形式存在。杂噪是一种常用的通俗说法。其共性就是具有随机性。但必须注意,噪声的分布一般呈现高斯分布,即白噪声,而纹波则不是。 输出纹波和输出电流和输出电压都有关系,主要是与电流的关系。 通常输出纹波近似等于输出电流乘上输出滤波电容的ESR值。所以并不是滤波电容的容量越大输出纹波越小,而应该是滤波电容的ESR值越小输出纹波越小。 纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的2%以下。 通常我们所说的纹波噪声是对电压信号而言。 二、 纹波噪声的成分分析： 测试纹波噪声，我们需要先对纹波噪声信号的成分进行区分。 如上图所示，纹波噪声可分为如下四个部分：
关于纹波测试的相关问题
关于纹波测试的相关问题 对于纹波测试是一个老生长谈的问题.个人总结如下: 1, 电源输出纹波的分解为,首先是工频和整流频率50HZ,100HZ及期整数倍的谐波部分;其次是开关纹波部分,即PWM产生的开关纹波,一般在30KHZ~500KHZ,根据开关频率不同而不同;第三是噪声和杂讯电压信号; 对于AC/DC的测试,通常会采用加电解电容和电阻滤波47UF,1Koum等不同的方法. 具体操作和原理如下: 一所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S 。 问题：如何测量电源纹波？ 回答：可以先用示波器将整个波形捕获，然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动测量或光标测量均可)，同时还要利用示波器的F FT功能从频域进行分析。 1．最大纹波电压。 在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。 2．纹波系数Y（%）。 在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既y=Umrs/Uo x100% 3．纹波电压抑制比。 在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输出电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即： 纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。 这里声明一下：噪声不同于纹波。纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peak to peak） 值表示，一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peak to peak）值 表示，一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的2%以下。 二．纹波噪声（涟波杂讯电压）（Ripple & Noise）%，mv 2．1定义： 直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。 2．2测试条件:
输出纹波噪音的几种判定
输出纹波噪音的几种判定 ·中国绿网· 一般根据电源的输出纹波及噪音，可以判定一部分电源存在的故障。当然电源会有很多的情况会影响到开关电源的输出纹波及噪音。如变压器的绕制工艺、磁材等，而下面我所列的也并非按照相应的解决方法就可以消除的。“人非圣贤，孰能无过”，这里我也只是给大家提供一个思路而已！ 开关管在导通及关断时的尖峰，正常波形(当然要满足电源规格要求为准) 1、辅助电源或基准电压稳定性不够所致 解决方法：在相关部位并大容量的电容。 2、变压器产生的漏磁场对采样形成干扰而引起自激，导致出现正弦振荡 解决方法：在变压器外层加一铜皮，适当加以屏蔽，且屏蔽层要接地。 改进变压器绕制工艺,以减小对采样的干扰。 3、输出如果存在低通滤波器的，可能是其电感量偏大而引起自激振荡。 解决方法：对于输出低通滤波器的情况则减小电感量，同时加大输出电容量。 重置光耦上的电压取样点。 4、电源补偿网络 解决方法：改进补偿网络，增加相应的带宽。
幅值变化随机、无规则。 1、采样电阻上所加电压过高 解决方法：采样电阻的阻值加大，比例不变，且放置位在靠近输出的同时亦靠近电容，改进采样。 2、印制板绝缘不良 解决方法：更改板材或重新改板。 3、电源补偿网络 解决方法：改进补偿网络，增加相应的带宽。 幅值过高 1、输出滤波电容容量太小，或ESR过高 解决方法：增大滤波电容容量。 选用低等效电阻、高频特性好的电容。 采用多个电容并联。 2、输入滤波电容过小 解决方法：增大滤波电容容量。 3、输出储能电感电感量太小(不针对反激式) 解决方法：增大滤波电容容量。
4、电源补偿网络 解决方法：改进补偿网络，增加相应的带宽。 可能电源板布线不合理，引起交叉干扰。 解决方法：调整布线或在相应的干扰源处加电容以消除干扰。
电感的计算方法和BOOST升压电路的电感、电容计算
电感计算方法 加载其电感量按下式计算:线圈公式 阻抗(ohm) = 2 * 3.14159 * F(工作频率) * 电感量(mH)，设定需用 360ohm 阻抗，因此： 电感量(mH) = 阻抗 (ohm) ?(2*3.14159) ?F (工作频率) = 360 ?(2*3.14159) ?7.06 = 8.116mH 据此可以算出绕线圈数： 圈数 = [电感量* { ( 18*圈直径(吋)) + ( 40 * 圈长(吋))}] ?圈直径 (吋) 圈数 = [8.116 * {(18*2.047) + (40*3.74)}] ?2.047 = 19 圈 空心电感计算公式 空心电感计算公式：L(mH)=(0.08D.D.N.N)/(3D+9W+10H) D------线圈直径 N------线圈匝数 d-----线径 H----线圈高度 W----线圈宽度 单位分别为毫米和mH。。 空心线圈电感量计算公式: l=(0.01*D*N*N)/(L/D+0.44) 线圈电感量 l单位: 微亨 线圈直径 D单位: cm 线圈匝数 N单位: 匝 线圈长度 L单位: cm 频率电感电容计算公式: l=25330.3/[(f0*f0)*c] 工作频率: f0 单位:MHZ 本题f0=125KHZ=0.125 谐振电容: c 单位:PF 本题建义c=500...1000pf 可自行先决定,或由Q 值决定 谐振电感: l 单位: 微亨 线圈电感的计算公式 作者：线圈电感的计算公式转贴自：转载点击数：299 1。针对环行CORE，有以下公式可利用: (IRON) L=N2．AL L= 电感值（H) H-DC=0.4πNI / l N= 线圈匝数(圈)
BOOST升压电路的电感、电容计算
【转】 BOOST升压电路的电感、电容计算 2011-05-06 23:54 转载自分享 最终编辑kxw102 已知参数： 输入电压：12V --- Vi 输出电压：18V ---Vo 输出电流：1A --- Io 输出纹波：36mV --- Vpp 工作频率：100KHz --- f ***************************************************************** ******* 1：占空比 稳定工作时，每个开关周期，导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少，即Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有 don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入，don=0.572 2：电感量 先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量 其值为Vi*(1-don)/(f*2*Io)，参数带入，Lx=38.5uH, deltaI=Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI=1.1A 当电感的电感量小于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加变化较明显， 当电感的电感量大于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加几乎不再变小，由于增加电感量可以减小磁滞损耗，另外考虑输入波动等其他方面影响取 L=60uH， deltaI=Vi*don/(L*f),参数带入，deltaI=0.72A， I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI， 参数带入，I1=1.2A,I2=1.92A
3：输出电容： 此例中输出电容选择位陶瓷电容，故 ESR可以忽略 C=Io*don/(f*Vpp),参数带入， C=99.5uF，3个33uF/25V陶瓷电容并联 4：磁环及线径： 查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，参数带入，irms=1.6A 按此电流有效值及工作频率选择线径 其他参数： 电感：L 占空比：don 初始电流：I1 峰值电流：I2 线圈电流：Irms 输出电容：C 电流的变化：deltaI 整流管压降：Vd
关于纹波系数的确定和计算
关于纹波系数的确定和计算 工频50Hz全波整流 全波整流输出为100Hz脉动直流，此时直流电压平均值为交流电压的0.9倍。也就是说交流100V 全波整流输出电压为90V。此时直流脉动系数为0.67，也就是说在这90V直流中交流电压分量为 60.3V。此时纹波系数为： 0.707X0.67=0.47=47% 【注：纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示；这里用的是有效值】 1：C型滤波： 在全波整流电路后面增加一个电容就构成了C型滤波。此时输出直流电压平均值上升为交流电压的1.2倍。纹波系数大小与滤波电容、纹波频率、负载电阻成反比。 纹波系数r=0。072/(f/C*RL) （C=F）r=1440/(C*RL) （C=uF） （新建）例：RL=2700欧f=50Hz C=40uF r=0。072/50/（0。00004x2700）=0。013% 2：LC型滤波： 整流器与电容之间增加一个电感就构成LC型滤波。这是利用电感对交流有感抗的特性。由于电感 有抑制电流突变特性使滤波电容两端的电压不能充到峰值。因此LC型滤波输出直流电压平均值小于交流电压的1.2倍，大约0.95。相位差接近180度。 电感临界值=RL/942 LC型滤波电路滤波系数=0.4*L*C LC型纹波系数r=0.47 / 滤波系数r=1。175/L*C （C=uF） 假设负载电阻RL=4700欧，4700/942约等于5.11H是临界电感量。 L常规应用时取该值大于或等于2RL/942 例：电流I=170mA，DC=420V，根据U=IR此时电路负载电阻R=U/I=2470欧。 电感临界值=2470/942约等于2.62H。电感取2XL=4.940H或以上 设L=5H，C=40uF，滤波系数为0.4*5*40=80。 LC型滤波电路纹波系数r=0.47/ 滤波系数=0.47/80=0。005875=0。5875% 或直接用r=1。175/LC=1。175/（5X80）=0。005875=0。5875% 3：CLC型滤波： CLC型滤波是在LC型滤波基础上改良的兀型滤波 CLC滤波系数：130*L*C1*C2*RL/1000000 CLC纹波系数r=0.47 / 滤波系数r=3615/（C1*L*C1*RL）（C=uF） C滤波 LC滤波 CLC滤波
DC-DC电感选择
电感 在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。工程师不仅要选择电感值，还要考虑电感可承受的电流，绕线电阻，机械尺寸等等。本文专注与解释：电感上的DC 电流效应。这也会为选择合适的电感提供必要的信息。 理解电感的功能 电感常常被理解为开关电源输出端中的LC 滤波电路中的L（C 是其中的输出电容）。虽然这样理解是正确的，但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。在降压转换中（Fairchild 典型的开关控制器），电感的一端是连接到DC 输出电压。另一端通过开关频率切换连接到输入电压或GND。 在状态1 过程中，电感会通过（高边“high-side”）MOSFET 连接到输入电压。在状态2 过程中，电感连接到GND。由于使用了这类的控制器，可以采用两种方式实现电感接地：通过二极管接地或通过（低边“low-side”）MOSFET 接地。如果是后一种方式，转换器就称为“同步（synchronus）”方式。 现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。在状态 1 过程中，电感的一端连接到输入电压，另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器，输入电压必须比输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。相反，在状态2 过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。对于一个降压转换器，输出电压必然为正端，因此会在电感上形成负向的压降。 我们利用电感上电压计算公式： V=L(dI/dt) 因此，当电感上的电压为正时（状态1），电感上的电流就会增加；当电感上的电压为负时（状态2），电感上的电流就会减小。通过电感的电流如图2 所示： 通过上图我们可以看到，流过电感的最大电流为DC 电流加开关峰峰电流的一半。上图也称为纹波电流。根据上述的公式，我们可以计算出峰值电流： 其中，ton 是状态1 的时间，T 是开关周期（开关频率的倒数），DC 为状态1 的占空比。 警告：上面的计算是假设各元器件（MOSFET 上的导通压降，电感的导通压降或异步电路中肖特基二极管的正向压降）上的压降对比输入和输出电压是可以忽略的。 如果，器件的下降不可忽略，就要用下列公式作精确计算： 同步转换电路： 异步转换电路：
BOOST升压电路的电感、电容计算
BOOST升压电路的电感、电容计算 已知参数： 输入电压：12V --- Vi 输出电压：18V ---Vo 输出电流：1A --- Io 输出纹波：36mV --- Vpp 工作频率：100KHz --- f 1：占空比 稳定工作时，每个开关周期，导通期间电感电流的增加等于关断期间电感电流的减少，即 Vi*don/(f*L)=(Vo+Vd-Vi)*(1-don)/(f*L),整理后有 don=(Vo+Vd-Vi)/(Vo+Vd),参数带入，don=0.572 2：电感量 先求每个开关周期内电感初始电流等于输出电流时的对应电感的电感量 其值为Vi*(1-don)/(f*2*Io) ，参数带入，Lx=38.5uH, deltaI=Vi*don/(L*f)，参数带入，deltaI=1.1A 当电感的电感量小于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加变化较明显， 当电感的电感量大于此值Lx时，输出纹波随电感量的增加几乎不再变小， 由于增加电感量可以减小磁滞损耗，另外考虑输入波动等其他方面影响取L=60uH， deltaI=Vi*don/(L*f),参数带入，deltaI=0.72A， I1=Io/(1-don)-(1/2)*deltaI,I2= Io/(1-don)+(1/2)*deltaI， 参数带入，I1=1.2A,I2=1.92A 3：输出电容：
此例中输出电容选择位陶瓷电容，故 ESR可以忽略 C=Io*don/(f*Vpp),参数带入， C=99.5uF，3个33uF/25V陶瓷电容并联 4：磁环及线径： 查找磁环手册选择对应峰值电流I2=1.92A时磁环不饱和的适合磁环Irms^2=(1/3)*(I1^2+I2^2-I1*I2)，参数带入，irms=1.6A 按此电流有效值及工作频率选择线径 其他参数： 电感：L 占空比：don 初始电流：I1 峰值电流：I2 线圈电流：Irms 输出电容：C 电流的变化：deltaI 整流管压降：Vd
升压电感的计算方法
基于L6562的高功率因数boost电路的设计 0 引言 Boost是一种升压电路，这种电路的优点是可以使输入电流连续，并且在整个输入电压的正弦周期都可以调制，因此可获得很高的功率因数；该电路的电感电流即为输入电流，因而容易调节；同时开关管门极驱动信号地与输出共地，故驱动简单；此外，由于输入电流连续，开关管的电流峰值较小，因此，对输入电压变化适应性强。 储能电感在Boost电路起着关键的作用。一般而言，其感量较大，匝数较多，阻抗较大，容易引起电感饱和，发热量增加，严重威胁产品的性能和寿命。因此，对于储能电感的设计，是Boost电路的重点和难点之一。本文基于ST公司的L6562设计了一种Boost电路，并详细分析了磁性元器件的设计方法。 1 Boost电路的基本原理 Boost电路拓扑如图1所示。图中，当开关管T导通时，电流，IL流过电感线圈L，在电感线圈未饱和前，电流线性增加，电能以磁能的形式储存在电感线圈中，此时，电容Cout 放电为负载提供能量；而当开关管T关断时，由于线圈中的磁能将改变线圈L两端的电压VL卡及性，以保持其电流IL不突变。这样，线圈L转化的电压VL与电源Vin串联，并以高于输出的电压向电容和负载供电，如图2所示是其电压和电流的关系图。图中，Vcont 为功率开关MOSFET的控制信号，VI为MOFET两端的电压，ID为流过二极管D的电流。以电流，IL作为区分，Boost电路的工作模式可分为连续模式、断续模式和临界模式三种。 分析图2，可得： 式(2)即为Boost电路工作于连续模式和临界模式下的基本公式。
式(2)即为Boost电路工作于连续模式和临界模式下的基本公式。 2 临界状态下的Boost-APFC电路设计 基于L6562的临界工作模式下的Boost-APFC电路的典型拓扑结构如图3所示，图4所示是其APFC工作原理波形图。 利用Boost电路实现高功率因数的原理是使输入电流跟随输入电压，并获得期望的输出电压。因此，控制电路所需的参量包括即时输入电压、输入电流及输出电压。乘法器连接输入电流控制部分和输出电压控制部分，输出正弦信号。当输出电压偏离期望值，如输出电压跌落时，电压控制环节的输出电压增加，使乘法器的输出也相应增加，从而使输入电流有效值也相应增加，以提供足够的能量。在此类控制模型中，输入电流的有效值由输出电压控制环节实现调制，而输入电流控制环节使输入电流保持正弦规律变化，从而跟踪输入电压。本文在基于此类控制模型下，采用ST公司的L6562作为控制芯片，给出了Boost-APFC电路的设计方法。 L6562的引脚功能如下： INV：该引脚为电压误差放大器的反相输入端和输出电压过压保护输入端； COMP：该引脚同时为电压误差放大器的输出端和芯片内部乘法器的一个输人端。反馈补偿网络接在该引脚与引脚INV之间； MULT：该引脚为芯片内部乘法器的另一输入端； CS：该脚为芯片内部PWM比较器的反相输入端，可通过电阻R6来检测MOS管电流； ZCD：该脚为电感电流过零检测端，可通过一限流电阻接于Boost电感的副边绕组。R7的选取应保证流入ZCD引脚的电流不超过3 mA；
关于开关电源输出纹波问题
关于开关电源输出纹波问题 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极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声. 开关电源都需对输出电压进行闭环控制,调节器参数设计的不适当也会引起纹波.当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路,可能导致调节器的自激振荡,引起附加纹波.此纹波电压一般没有固定的频率. 在开关直流电源中,往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大. 这部分纹波可通过以下方法进行抑制: a、在调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大. b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节 器的振荡或自激,使输出纹彼含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加. 所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节. c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节.使延时滞后降到最小.以增加闭环调节的快速性和 及时性,对抑制输出电压纹波是有益的.
DC-DC升压和降压电路电感参数选择详解
DC-DC 升压和降压电路电感参数选择 注：只有充分理解电感在DC-DC 电路中发挥的作用，才能更优的设计DC-DC 电路。本文 还包括对同步DC-DC 及异步DC-DC 概念的解释。 DC-DC 电路电感的选择简介 在开关电源的设计中电感的设计为工程师带来的许多的挑战。工程师不仅要选择电感值，还 要考虑电感可承受的电流,绕线电阻，机械尺寸等等。本文专注于解释:电感上的DC 电流 效应。这也会为选择合适的电感提供必要的信息。 理解电感的功能 电感常常被理解为开关电源输出端中的LC 滤波电路中的L （ C 是具中的输出电容1虽然这 样理解是正确的，但是为了理解电感的设计就必须更深入的了解电感的行为。在降压转换中 （Fairchild 典型的开关控制器），电感的一端是连接到DC 输出电压。另一端通过开关频率 切换连接到输入电压或GND 。 Figure 1. Basic Switching Action of a Converter 在状态1过程中，电感会通过（高边"high-side" ） MOSFET 连接到输入电压。在状态2 过程中,电感连接到GND 。由于使用了这类的控制器,可以采用两种方式实现电感接地: 通过二极管接地或通过（低边"low-side" ） MOSFET 接地。如果是后一种方式，转换器 就称为" 同步 ▼ State 2
（synchronus ）"方式。 现在再考虑一下在这两个状态下流过电感的电流是如果变化的。在状态1过程中，电感的 F连接到输入电压,另一端连接到输出电压。对于一个降压转换器,输入电压必须1：匕输出电压高，因此会在电感上形成正向压降。相反,在状态2过程中，原来连接到输入电压的电感一端被连接到地。对于一个降压转换器,输出电压必然为正端,因此会在电感上形成负向的压降。我们利用电感上电压计算公式: V=L（dI/dt） 因此，当电感上的电压为正时（状态1）,电感上的电流就会增加；当电感上的电压为负时（状态2）,电感上的电流就会减小。通过电感的电流如图2所示： Figure 2. Inductor Current 通过上图我们可以看到，流过电感的最大电流为DC电流加开关峰峰电流的一半。上图也称为纹波电流。根据上述的公式，我们可以计算出峰值电流：
开关电源输出纹波测试方法
模块电源的基本参数及测试方法 HOPLITE 2005-4-1 电源的测试 以下主要介绍一些对电源进行性能测试的方法。 测试采用标准的开尔文四端测试法。图21为电源输出电压的开尔文四端测量。测量是通过另外一对不同的接触端点和连线来进行的。这对端点上没有负载电流通过，否则会产生毫伏级的测量误差。图21为通用的测试设置。 1. 输出电压精度 在标称的输入电压和额定负载下，用高精度的直流电压表来测试输出电压。测量值与标称值之间的差值以百分比来表示就是输出电压精度，其计算公式为： 其中U0为标称值，U为测量值。 2. 电压调整率 随着输入电压的变化，输出电压会出现一定的变化。输出电压随着输入电压变化的百分比就是电压调整率。在25℃及标称的输入电压和额定负载下，测量： 标称输入电压下的输出电压Un0 高输入电压下的输出电压Uh0 低输入电压下的输出电压U10 取最大偏差电压，即取|Uh0-Un0|和|U10-Un0|中的最大值与标称输出电压下的输入电压Un0相比，以百分比来表示，就是电压调整率。 3. 负载调整率 随着电源负载的变化，输出电压也会出现一定的变化。输出电压随着负载变化的百分比就是负载调整率。 在25℃及标称的输入电压下测量： 额定负载下的输出电压Un0 空载或最小负载下的输出电压Uml0 两次测量值的差值即|Un0-Uml0|与Un0相比，以百分比来表示，就是负载调整率。 4. 温度系数 在标称输入电压和额定负载下，输出电压随环境温度的变化率称之为温度系数。一般来说，温度升高输出电压下降。 把电源放在温度控制箱内，在标称输入电压和额定负载下，测量： 25℃环境温度下的输出电压Un0 升到最高工作温度并稳定15~30分后，测量输出电压Uht0 降到最低工作温度并稳定15~30分后，测量输出电压U1t0 分别计算出高温下的温度系数和低温下的温度系数，取两者中教大的数值 作为温度系数。 高温下的温度系数 低温下的温度系数 5. 输出纹波和噪音 纹波和杂音是叠加在直流输出电压上的交流成分，对纹波和噪音的测量在额定负载和常温下进行。对于开关型的DC/DC变换器而言，输出纹波电压为一系统带有高频分量的小脉冲，因此通常测量峰-峰值，而不是有效值（RMS）。其测量值用毫伏峰-峰值（mVp-p）表示。例如当一个DC/DC变换器的纹波峰-峰值为50mV时，其RMS值很低，仅为5mV，但是否能用于某一系统，必须要进一步考虑才行。 因为所测量的纹波中含有的高频分量，必须使用特殊的测量技术，才能获得正确的测量结果。为了测出纹波尖峰中的所有高频谐波，一般要用20MHz带宽的示波器。 其次在进行纹波测量时，必须非常注意，防止将错误信号引入测试设备中。测量时必须去掉探头地线夹，因为在一个高频辐射场中，地线夹会象一个天线一样接受噪音，干扰测量结果。用带有接地环的探头，采用图22所示的测量方法来消除干扰。
LED驱动器输出纹波电压的计算-正式
导致LED频闪的LED驱动器输出电压纹波的计算 西安电子科技大学王水平王镭 西北工业大学胡民浩 陕西唐华能源有限公司高辉徐万俊乔晓涛 【摘要】本文对中小功率LED驱动器电路进行了理论上的等效，遵循电感两端的电流不能突变和电容两端的电压不能突变的原则，从电容充放电电流的观点出发推导出了中小功率LED驱动器输出电压纹波的计算公式。通过计算公式从理论上找出了减小导致LED频闪的LED 驱动器输出电压纹波的有效方法，为解决LED频闪问题奠定了理论基础。 关键词：LED频闪，LED驱动器，电压纹波，PWM控制器，DC-DC变换器 Calculation of LED driver output voltage ripple in led strobe Xi'an University of Electronic Science and Technology Wang shuiping Wang lei XiDian University 【Abstract】 In this paper, medium-power LED driver circuit equivalent in theoretically , followed the principle that current of across inductor and voltage across the capacitor can not be mutated ,viewpoint which charge and discharge current from the capacitor deduced medium power LED driver output voltage ripple formula. Though calculation find out reduce LED Strobe in theoretically that LED driver output voltage ripple is an effective way to solve the problem of LED strobe laid a theoretical foundation. Keywords：LED strobe，LED drivers，LED light failure，voltage ripple，PWM controller 1 引言 LED以自己独有的能耗低、寿命长、光效高等优点作为新一代光源将取代传统的白炽灯、荧光灯、HID灯、金卤灯等光源是不可置疑的，但是解决LED频闪、光衰、眩光，以及降低LED的成本等问题一直是LED上游产品和下游产品的研发者们努力攻克的难题。LED上游产品的研发者们通过提高光效、解决散热途径和散热材料的方法已将LED光衰降低到实用化产品的程度，通过二次配光已将LED眩光问题彻底解决。LED频闪问题则是LED下游产品的研发者们应该解决的问题，也就是如何抑制和降低LED驱动器输出电压的纹波。 2 中小功率LED驱动器的等效电路【1】 中小功率LED驱动器不管是隔离式还是非隔离式一般均采用降压式DC/DC变换器电路结构，其等效电路结构如图1所示。电路中的PWM控制与驱动电路均采用对应于降压式DC/DC 变换器的控制与驱动IC来完成，电流/电压取样反馈控制信号处理电路将输出给LED负载的电流和电压信号采样后经过处理输入给PWM控制与驱动IC，从而形成以电流为主，电压为辅的双控制模式反馈环路，使LED负载始终工作在恒功率状态。
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
如何正确地进行电源纹波的精确测量
如何正确地进行电源纹波的精确测量 精确地测量电源纹波本身就是一门艺术。在图 1 所示的示例中，一名初级工程师完全错误地使用了一台示波器。他的第一个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探针；他的第二个错误是将探针形成的环路和接地引线均置于电源变压器和开关元件附近；他的最后一个错误是允许示波器探针和输出电容之间存在多余电感。该问题在纹波波形中表现为高频拾取。在电源中，存在大量可以很轻松地与探针耦合的高速、大信号电压和电流波形，其中包括耦合自电源变压器的磁场，耦合自开关节点的电场，以及由变压器互绕电容产生的共模电流。 图 1 错误的纹波测量得到的较差的测量结果 利用正确的测量方法可以大大地改善测得纹波结果。首先，通常使用带宽限制来规定纹波，以防止拾取并非真正存在的高频噪声。我们应该为用于测量的示波器设定正确的带宽限制。其次，通过取掉探针“帽”，并构成一个拾波器（如图 2 所示），我们可以消除由长接地引线形成的天线。将一小段线缠绕在探针接地连接点周围，并将该接地连接至电源。这样做可以缩短暴露于电源附近高电磁辐射的端头长度，从而进一步减少拾波。 最后，在隔离电源中，会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成了压降，从而表现为纹波。要防止这一问题的出现，我们就需要特别注意电源设计的共模滤波。另外，将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器，其在不影响差分电压测量的同时，还减少了共模电流引起的测量误差。图 2 显示了该完全相同电路的纹波电压，其使用了改进的测量方法。这样，高频峰值就被真正地消除了。 图 2 四个轻微的改动便极大地改善了测量结果
纹波系数
纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值，但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不彻底，就会有剩余的交流成分，即使采用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。事实上，即便是最好的基准电压源器件，其输出电压也是有波纹的。 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。 我国工频频率是50Hz，所以纹波电压以工频50Hz或50Hz的整数倍计取。具体取50Hz 还是50Hz的倍数，取决于整流电路的类型。对于半波整流，取50Hz；对于全波整流，取50Hz 的2倍即100Hz；对于三相半波整流，取50Hz的3倍即150Hz；对于三相全波整流，取50Hz 的6倍即300Hz。 对于日本、欧美等国家，使用60Hz工频，计取方式只需把上述的50改为60即可。 纹波电压通常用有效值或峰值表示。
相关测量 可以先用示波器将整个波形捕获，然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动测量或光标测量均可)，同时还要利用示波器的FFT功能从频域进行分析。 1．最大纹波电压。 在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。 2．纹波系数Y（%）。 在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既 y=Urms/Uo x100% 3．纹波电压抑制比。 在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输入电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即： 纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。 这里声明一下：噪声不同于纹波。纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的2%以下