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开关电源的拍频问题

2020年07月13日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

开关电源的拍频问题


电路设计中电源基本上是必不可少的模块,同时有时候为了节约成本,简化设计,往往都会把器件型号进行归一,对于开关电源来说,归一化的型号往往也意味着开关频率的近似,虽然一般开关电源频率是可调的,但是这里只是为了引出拍频这个事情,实际要不就不把他们频率设置相近,要不就隔离掉呗。但是我们也得知道为什么会有这么个事情,进而再做下一步工作。

拍频现象

如下图所示,有两个标准正弦波信号源(1KHz和1.2KHz)进行叠加,叠加后得到VF1,由于两正弦波在同一时间幅值存在细微差异,叠加之后的信号我们可以看到幅值会伴随震荡出现高低变化,这个一高一低的变化就是一拍,高低一次循环的频率(单位时间内循环高低变化的次数)就叫做拍频,具体公式网上和书上有推导。
在这里插入图片描述
拍频的频率其实就是两个叠加信号频率的频率差,这里就是0.2KHz。简单算一下就是两个正弦波下一次重叠的时间,然后这之间两个波形周期数必定都是整数个,即5ms,1KHz有5个周期,1.2KHz跑了6个周期。

注意,这里面叠加之后的VF1波形频谱当中是不存在0.2KHz的频率分量的,也就是没有产生新的信号。换一种思路,如果出现了新的信号,那叠加出来的波形也不会如VF1当中所示了。

实际电路

注意上面图示中VF1的最大幅值,是要比两个基准正弦波要大的。即在开关电源并联的电路场景中,拍频会导致输出电源的纹波噪声变大。在如下电路中,虽然都是使用的600K的开关频率,但是实际由于单板环境影响及器件之间都会存在差异,即Fsw1与Fsw2不可能完全的相等,那么就会存在拍频,拍频频率=|Fsw1-Fsw2|,由于Fsw1和Fsw2的差异很小,导致拍频频率很低,仅依靠滤波电容也很难滤除。
在这里插入图片描述

抑制手段

  1. 开关电源输入端增加滤波
    说白了拍频问题就是因为电源并联在同一母线上,频率干扰也是其他电源通过母线传过来的,那么就在输入端增加滤波就好了,这里可以选择输入端放置瓷片电容及串接电感,瓷片电容高频特性好,主要是为了抑制开关纹波噪声,因为此时频率还没叠加,在叠加前尽量把这个纹波噪声幅值减小,那么叠加后在输出电源上的纹波噪声也就会更小。

  2. 同步功能(得看芯片有没有这个功能)
    1)同频率同相位
    纹波噪声和开关频率接近,方便滤除。
    2)同频率异相位
    将相位错开,进而减小叠加后的幅值。

  3. 频率差异化
    开关电源之间的开关频率差异设置大点,使得拍频频率不会非常低,滤波电路也能更好的滤除。

  4. 输出端增加电容
    容值越大越能滤除低频,并且对于纹波噪声的滤除效果也越好,但是实际效果有限。

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