我本次调试用的主控IC是来自成都启臣微及深圳思睿达的CR6891A,输出规格12V2A(OCP4A),CR6891A 是一款高集成度、低待机功耗的 CCM+PFM+QR 混合电流模式 PWM控制器,拥有良好的EMI性能。
【应用】音响电源
【规格】12V2A
【问题描述】:纹波异常
客户描述纹波有异常的尖刺,测试输出纹波发现确实有尖刺,总体纹波高达360mV
把示波器时间调快,仔细观看纹波的尖刺,看起来像是干扰,又或者是异常的噪声?
我们先排除干扰源,示波器设置,测试波形是否准确?探头有没有按标准测量?输出端有没有并联电容?以下是测试输出纹波的标准:纹波及噪声在 1.5M 18AWG 处测试,测试端并联 0.1uF/50V 瓷片电容和10uF/50V 电解电容,示波器带宽限制为 20MHz。示波器探头需取掉探针测试,探针可能会引入干扰。
如上图,取掉探针且输出端已经并联了电容后,且拿别的机对比后尖刺依然没有消失,别的样机同样条件测试并没有奇怪的尖峰。于是我尝试增大输入电容以及输出电容,总体纹波会下来,但是尖刺依然存在,究竟是什么原因呢?
尝试了各种方法(包含飞线改变pcb)之后都没有解决,测量CS波形发现负压较为严重,于是我猜想会不会是变压器的层间电容导致的原因呢?于是我尝试修改变压器,以下是原变压器的参数
我把变压器N2,N3反过来,使得N2能在初次级之间充当一个屏蔽层,减少层间电容和高频噪声的耦合。再次测试
改完变压器后发现输出纹波的尖刺完全消失了,纹波总体从360mV减到了180mV,整整小了一半,问题大概率就是因为变压器的层间电容产生的,那么什么是层间电容呢?
层间电容
层间电容是变压器绕组中相邻层之间的寄生电容,它会存储和释放能量。在高频开关电源中,这种电容会与电路中的其他元件(如电感、电阻等)相互作用,影响电路的瞬态响应和稳定性。
对输出纹波的影响
①高频噪声耦合:
层间电容会为高频噪声提供通路,使得开关电源中的高频噪声(如开关管产生的尖峰电压)通过电容耦合到输出端,增加输出纹波。
②谐振效应:
层间电容与变压器的漏感或其他寄生参数可能形成谐振电路。如果谐振频率接近开关频率,会导致谐振噪声放大,进一步增加输出纹波。
③能量传递延迟:
层间电容会存储一部分能量,并在开关过程中释放,可能导致能量传递不够平滑,从而在输出端产生额外的纹波。
如何减小层间电容对输出纹波的影响
为了降低层间电容对输出纹波的影响,可以采取以下措施:
①优化绕组设计:
增加层间距离,减小层间电容。
采用分层绕制或分段绕制技术,降低寄生电容。
②使用屏蔽层:
在绕组之间加入屏蔽层(如铜箔,铜线),可以有效减少层间电容和高频噪声的耦合。
③选择合适的绝缘材料:
使用低介电常数的绝缘材料,可以减小层间电容。
④优化电路设计:
在输出端增加滤波电容和电感,抑制高频噪声。
采用软开关技术,减少开关过程中的电压和电流尖峰。
⑤控制开关频率:
合理选择开关频率,避免与层间电容和漏感形成的谐振频率重合。
总结
层间电容会通过耦合高频噪声、引起谐振效应以及影响能量传递等方式,对输出纹波产生不利影响。在高频开关电源或对纹波要求较高的应用中,需要通过优化变压器设计、改进电路拓扑以及增加滤波措施来减小层间电容的影响,从而降低输出纹波。
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