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除了在电路中产生谐波以外,它主要有以下几点危害:
1、使电网中发生谐振而造成过电流或过电压而引发事故;
2、增加附加损耗,降低发电、输电及用电设备的效率和设备利用率;
3、使电气设备(如旋转电机、电容器、变压器等)运行不正常,加速绝缘老化,从而缩短它们的使用寿命;
4、使继电保护、自动装置、计算机系统及许多用电设备运转不正常或不能正常动作或操作;
5、使测量和计量仪器、仪表不能正确指示或计量;
6、干扰通信系统,降低信号的传输质量,破坏信号的正常传递,甚至损坏通信设备。
纹波的害处:
1、容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生较多的危害;
2、降低了电源的效率;
3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器;
4、会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作;
5、会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作。
总之,它们在我们不需要的地方出现都是有害的,需要我们避免的。对于如何抑制和去除谐波和纹波的方式方法有很多,但想完全消除,似乎是很难办到的,我们只有将其控制在一个允许的范围之内,不对环境和设备产生影响就算达到了我们的目的。2100433B
1 纹波(ripple)的定义
纹波的成分较为复杂,它的形态一般为频率高于工频(中国是50Hz)的类似正弦波的谐波,另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合,对纹波的要求各不一样。
对于电容器来说,无论是哪一种纹波,只要不是太大,一般对电容器质量不会造成影响。
而对工控机电源或音响设备中所使用的电源,由于宽度很窄的脉冲没有足够的能量来推动喇叭的纸盆或话机的听筒而形成杂音。因此对于这种窄脉冲的要求可以放宽。
而对于音频范围内的类似正弦波的纹波信号,虽然其幅度不是太高,但其能量却使喇叭或听筒发生嗡嗡的杂音。因此对这种形态的纹波应有一定的要求,而对于用于一些控制的场合,由于窄脉冲达到一定的高度会干扰数字或逻辑控制部件,使设备运行的可靠性降低,因此对这种窄脉冲的幅度应有一定的限制,而对类似正弦波的纹波,一般由于其幅度较低,对控制部件的干扰不大。
纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示,可以用绝对量,也可以用相对量来表示。例如一个电源工作在稳压状态,其输出为100V/5A,测得纹波的有效值为10mV,这10mV就是纹波的绝对量,而相对量即 纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/100V=0.01%,即等于万分之一。
2 纹波(ripple)的定义 补充
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。
要体验,可以用示波器来看,就会看到电压上下轻微波动,就像水纹一样,所以叫做纹波。
一般使用交流毫伏表来测量纹波电压,因为交流毫伏表只对交流电压响应,并且灵敏度比较高,可测量很小的交流电压,而纹波往往是比较小的交流电压。如果没有交流毫伏表,也可使用示波器来测量。将示波器的输入设置为交流耦合,调整Y轴增益,使波形大小合适, 读出电压值,可估算出纹波电压的大小。
纹波电压会影响系统的工作,带来噪声。所以电源要有足够的滤波措施, 以将纹波限制在一定的幅度以内。
3 纹波(ripple)与谐波的比较谐波与纹波的比较
谐波简单地说,就是一定频率的电压或电流作用于非线性负载时,会产生不同于原频率的其它频率的正弦电压或电流的现象。
纹波是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。
它们虽然在概念上不是一回事,但它们之间有联系。如电源上附加的纹波在用电器上很容易产生各频率的谐波;电源中各频率谐波的存在无疑导致电源中纹波成分的增加。
减小开关电源输出纹波过大,可以加大滤波电容器,或者采用电容加电感的Π式滤波。
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浅谈纹波电压及纹波系数
介绍纹波电压和纹波系数,给出两种测量纹波电压的简易方法,并指出实际设计电路时如何减小电压的纹波成分.
开关电源纹波的计算和仿真-稳态纹波篇
开关电源因其电压转换效率高,体积小而广泛应用于各种场合。关于开关电源原理和应用的专著也非常丰富,但是少有详细介绍开关电源输出电压纹波产生的机理和计算方法的文章和专著;即便有,其分析也略有欠缺,甚至存在一定的误区,以致不能清晰的反应其原理,让读者不能直观的了解其形成过程。然而开关电源的
低频纹波
低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。由于开关电源体积的限制,电解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,该输出纹波频率随整流电路方式的不同而不同。
一般的开关电源由AC/DC和DC/DC两部分组成。AC/DC的基本结构为整流滤波电路,它输出的直流电压中含有交流低频纹波,其频率为输入交流电源频率的二倍,幅值与电源输出功率及滤波电容容量有关,一般控制在10%以内。该交流纹波经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。
低频纹波
例如:对普通24V电源来说,电压型控制DC/DC变换器的纹波抑制比一般为45~50dB,其输出端的低频交流纹波有效值为60~120mV。电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比稍有提高,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。
低频纹波的抑制
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。
高频纹波
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
高频纹波的抑制
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。
共模纹波噪声
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。
共模纹波噪声
a.输出采用专门设计的EMI滤波器
b.降低开关毛刺幅度
超高频谐振噪声
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。
超高频谐振噪声
超高频谐振噪声的抑制
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。
闭环调节控制引起的纹波噪声
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。
闭环调节控制引起的纹波噪声
闭环调节控制引起的纹波噪声的抑制
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
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电解电容的损耗因子(其与 ESR 有关)随所施加电压的频率不同而不同。故电容的纹波承受度不简单是一个固定量,跟其纹波频率还成正相关关系。规格书目中提供的某一数值往往指的是 100 或 120 Hz 的频率,或是一些特定的频率条件下。对于其它频率情况规格书通常会提供一个转换因数。
额定纹波电流是在最高工作温度条件下定义的数值。而实际应用中电容的纹波承受度还跟其使用环境温度及电容自身温度等级有关。规格书目通常会提供一个在特定温度条件下各温度等级电容所能够承受的最大纹波电流。甚至提供一个详细图表以帮助使用者迅速查找到在一定环境温度条件下要达到某期望使用寿命所允许的电容纹波量。2100433B