本帖最后由 gregy_cn 于 2012-4-19 19:55 编辑
最近脾气不好，在论坛发牢骚，上次在模拟论坛，本次在电源论坛，请斑竹多多谅解。
在设计之初，电工们首先需要考虑的是电源。初级电工在电源选择上费力，高级电工在电源设计上费力。
由于工作原因，我常常面临电源难题，大部分情况是小功率低噪声隔离电源。
小功率低噪声是泛泛而谈，电子工程师应该说指标。我遭遇的一次烦躁的隔离电源设计是DC5V转DC±22V，输出功率10W，噪声Vpp小于1mV。那个电源实际是一个电源模块，用于一个PXI总线的板卡上面，由于总总原因，噪声指标分配到电源模块这里就成了这个样子。
现在又有一个产品研发工作要用这个设计了，趁这个机会，我把以前的资料都整理一下和大家分享，如果时间充分，我也把新产品设计中的一些电源相关实验和大家分享。
控制噪声需要遵循的三“步”曲：1）防止发生，2）防止不了的要抑制，3）抑制不了的要适应。
我的电源设计也是遵循这三“步”曲。
（一）防止发生。
低噪声DC-DC大家都是如何做的呢？Linear公司的应用参考手册“AN70”（1997年10月）是一份很好的资料，作者是“Jim Williams”，《A Monolithic Switching Regulator with 100μV Output Noise》。声明：我不是Linear公司的写手，不是做广告！
我把其中的要义大致说说，如果大家时间充分，请看原文。
如果一说电源，那就是线性电源和开关电源。大家都知道线性电源噪声小，开关电源噪声大。为什么线性电源噪声小呢？正如文中所诉“最简单的问题，往往有着最深邃的答案”。这是因为线性电源在能量传输过程中，谐波成分小；而开关电源谐波成分大，也就是大家所说的开关噪声大。
精密的电路往往需要低噪声电源，在文中提及了几个公司的产品，我这里就不复述了，但是加一个——Datron4910——使用化学电池供电的低噪声设备。
因此我总结在DC-DC隔离电源设计中，防止噪声发生的关键是设计谐波分量小的电源。目前按照结构划分可以有3种实现方式：
1） 电池供电。输入DC电源，然后给一个电池组充电，另一个电池组放电给设备供电，如果某电池组没有电了，交换一下。
2） 线性DC-DC变换。方式是 “正弦振荡电路->功率放大电路->隔离变压器->整流滤波电路—>线性LDO”。这个方法在文中第24页有详尽的描述。
3） 开关电源——文中的方法，控制开关管输出电压和电流的变化斜率。
由于体积原因，我的设计不可能采用电池组；由于功率和效率问题，我的设计也不能使用线性电源。只好开关电源了。
开关电源噪声有2个成分：1）低频脉动噪声；2）高频尖峰噪声。
产生的原因：1）电源周期开关引起的高次谐波，产生脉动电压；2）开关接通和断开时瞬间产生的尖峰噪声。
文中有一个图，下面的解释也很到位：
解释：开关管的宽带冲击噪声很难抑制；而纹波由于具有低的谐波能量，相对容易滤除。
以一个大家都习惯的设计为例子吧。很多人都认为在电源后面加一个LDO就能很好消除噪声，但是对于高频尖峰噪声的抑制能力一直是LDO的弱项，我以TI公司的低噪LDO ——TPS7A49xx系列为例。TPS7A49xx系列指标如下：
噪声：（注意这个是芯片自己产生的）
——12.7uVrms(20Hz到20kHz)
——15.4uVrms(10Hz到100kHz)
电源纹波抑制比：
——72dB（120Hz）
——≥52dB(10Hz到400kHz)
这个LDO噪声惊人的小，电源纹波抑制比也很高，下图是抑制比和输入频率的关系：
一般来说，开关电源的尖峰噪声都在10MHz以上，如图，在这个频段上电源抑制比为0dB，换句话说此LDO对于尖峰脉冲没有任何抑制能力。
AN70中给了一个图也说明这个问题：
解释：通过LDO之后宽带的尖峰冲击噪声依然存在。
我说LDO有些跑题了，这个属于抑制噪声的问题——第二“步”曲。我先说的原因是想告诉大家，一旦噪声产生，抑制是有条件和困难的。
今天完。
论坛的字体和图片我还是不习惯。
下次有时间，我会贴一些matlab的仿真图，用来说明不同开关的波形，导致的谐波分量都是什么样子。 | 
楼主
标题置顶
标题高亮
