隔離電源與噪聲

2021-08-25

隔離電源與噪聲

作者：歌瑞宇航電子(天津)有限公司——郭博士

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在惡劣或強(qiáng)電子干擾環(huán)境中，比如工業(yè)環(huán)境和生產(chǎn)裝配線等等，在這些系統(tǒng)中，機(jī)械設(shè)備、高頻設(shè)備、火花機(jī)等等會產(chǎn)出各種干擾和噪聲從而影響其它電源的正常工作。出于對凈化電源的要求，比如對電源質(zhì)量要求比較高的精密儀器設(shè)備特別是傳感器和微弱信號采集的要求，采用直流隔離電源是普通和常用的辦法。

直流（或噪聲）隔離電源首先是開關(guān)電源，紋波和噪聲是它的基本問題。如何有效的減少和降低紋波和噪聲是直流（或噪聲）隔離電源必須面對和解決的問題。本文針對這一問題在實驗的基礎(chǔ)上做了分析和討論。圖 1 是一款 Flyback 隔離電源的原理圖，圖 2 給出了 500mA 電流輸出時的噪聲測試結(jié)果。

圖 1：Flyback 隔離電源。

圖 2：噪聲測試

如果在隔離的兩個電源之間增加一個交流通路，則等效于一個低通濾波器。圖 3 給出了帶有交流通路的噪聲測試結(jié)果。從結(jié)果可以看出尖峰和高頻噪聲被減弱。

圖 3：帶有交流通路噪聲測試

LC 低通濾波器是降低噪聲常用和有效的方法。LC 雖然可以有效的去除和減弱紋波但同時也會引入新的噪聲，這種噪聲主要表現(xiàn)為高頻尖峰，其大小與輸出電流、LC 電感和寄生電容等等有關(guān)。

圖 4：帶有 LC 低通濾波器的噪聲測試

在開關(guān)電源之后跟隨一個線性穩(wěn)壓電源（LDO）同樣可以有效的去除和減弱紋波，取決于 LDO 的性能同樣也會引入新的噪聲。如圖 5.

圖 5A：帶有 LDO 的噪聲測試圖

5B：帶有LDO 和交流通路的噪聲測試

綜上所述，本文討論了 3 種去除和降低隔離開關(guān)電源噪聲的方法，通過這些方法有效的改善了我們的電源產(chǎn)品，取得了良好的效果。電源噪聲是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它不僅涉及到噪聲理論，電路設(shè)計，電子測量，更依賴于 PCB 的布板，走線等等工藝過程，這些在此不作討論。

對于大多數(shù)的應(yīng)用，上述方法基本可以滿足，比如數(shù)字電路和一般性模擬電路。但對于要求更高的電源比如 uV/nA 級信號測量，高精密半導(dǎo)體激光器電源和高精度 AD/DA 轉(zhuǎn)換，僅僅依靠上述方法是不夠的。綜合多種方法的優(yōu)化設(shè)計可以進(jìn)一步的改進(jìn)電源的噪聲，圖 6A/B 給出這種電源的測試結(jié)果。

圖 6A 超級低噪聲電源的噪聲測試【8MHz 帶寬】