摘要：提出开关电源纹波的界说，剖析开关电源纹波发生的原因，并提出几种按捺纹波的办法。最终针对一款特别开关电源，论说了开关电源的输出安稳性问题。该电源输出电流为10 A，输出电压为12 V，首要用于驱动半导体激光器。为减小输出电流纹波，进步激光功率安稳性，研讨剖析了几种按捺纹波的办法，包含滤波法，多路叠加法等。该电源的规划选用主、副电源的思路，从主电源收集纹波信号反应给副电源的操控端，然后使主副电源输出叠加后坚持较小的输出纹波。经过试验验证该办法能够使纹波系数坚持在1％，使得功能有所进步。
关键词：开关电源；纹波按捺；反应操控；半导体激光器
0 导言
近年来，开关电源以其体积小，重量轻，功率高级长处，在工程范畴、医疗机构、科学研讨等方面有着越来越广泛的运用。本文侧重处理一款能输出10 A电流12V电压的特别恒流源的纹波按捺问题，专门用于大功率的半导体激光器驱动。该激光器需求高安稳的光功率输出，激光器输出光功率的安稳性是一个首要参数，半导体激光器的光功率安稳性首要表现在输入电流的安稳性，输入电流的纹波越小光功率安稳性越好。现在，处理开关电源纹波的办法有若干种，各有其优缺点，因为输出电流是10 A的大电流，一般的办法不能适用。本文经过比照滤波法提出双路并联法，旨在大电流情况下进一步减小电流输出纹波。
1 纹波发生原因剖析
一般开关电源把电网供给的沟通电经过整流滤波转变为直流电，开关管的高速注册和关断，就会引起输出电压的动摇，在输出回路中的快康复二极管和电感也会引起输出电压的动摇。这些高频低频的动摇总和就形成了输出的纹波，包含电压纹波和电流纹波。
开关电源中纹波的来历有许多原因，其间MOS管注册关断所发生的纹波是首要原因之一。当开关管注册关断时都会有一个上升时间和下降时间，这时就会在电路中引起一个同频率的噪声。输出回路上的电感也会跟着充电放电发生一个噪声，一起也会有漏感发生。在导线与导线之间，元器材的引脚之间还会存在各种寄生电感，这些寄生电感会遵从如下公式发生改变。
U=-Ldi／dt
从该公式能够看出电感两头一旦有电流发生改变就会使得电感两头的电压发生改变，因而电路板上元器材的布局以及走线办法都会影响电路的功能。这些影响要素便是纹波发生的本源。开关电源的纹波一直以来都是一个重要的参数，尤其是运用半导体激光器的场合，都应力求输出电压电流的安稳。
2 纹波按捺办法
2．1 滤波法
滤波法是最简略的办法之一，因为输出有纹波，那么规划就一个适宜的滤波器滤除。滤波器有有源滤波器也有无源滤波器。滤波器是在输出回路中并联或许串联若干电阻电容来完成的。该办法有必要经过具体谨慎的核算得出纹波频率特性，然后选出准确的阻值和容值。该办法尽管简略，可是一旦电容失效，电阻失效或稍有不准确的当地，极有或许混入新的纹波或噪声，反而加大了输出纹波。并且该办法在小功率开关电源中能够考虑，假如是几十安培的大电流，几十瓦的大功率电源中，损耗是不容忽视，并且体积也会随之增大。LC低通滤波器见图1。
开关电源纹波的发生其间一个首要要素在于MOS管的注册关断。因而能够在MOSFET部分规划吸收开关尖峰脉冲的电路。开关尖峰吸收电路有多种。图2为LC吸收电路举例。该办法适用于MOSFET外置的拓扑结构，关于一些内置集成MOSFET的集成模块就力不从心。并且这种吸收电路相同也需求准确核算。
2．2 双路并联叠加法与改善思路
大电流、大功率开关电源的纹波消除能够经过调整MOSFET上操控端PWM的频率，或选用多路叠加的思路。经过调理开关管的操控端PWM的频率也能够完成输出纹波的操控，双路并联的基本思路也是在微调PWM的频率和占空比完成的，开关电源选用双路并联，双路一起供给输出功率，从概念上分为主电源与副电源。主电源有纹波，副电源也有纹波，可是假如使得两个电源占空比为50％，并且相位差180°时，在输出端让两者叠加就会使纹波大大减小，进步功能。如图3，图4所示。
DC1为主电源，DC2为副电源。当DC1注册时，电压电流上升，此刻DC2关断。当DC2注册时，电压电流上升，DC1关断。令两者输出相位相差是180°。将输出成果彼此叠加，就正好能够使输出纹波彼此抵消，这便是双路并联的思路。可是因为负载动摇，或许外部噪声要素使得主副电源相位发生改变，相差不再是180°时，反而会使文波幅值、频率加大。因而提出改善办法便是在主电源输出中取出纹波相位信号，将该信号反应给副电源，让副电源及时纠正相位差，以坚持两个电源相位差为180°。
3 仿真与试验成果
开关电源的纹波测验办法大致可分为两种，一种为电压信号，一种为电流信号。测验负载选用与半导体激光器附近的大功率二极管，测验二极管两头的电压信号。纹波电压是叠加在直流电压上的沟通小信号，将示波器耦合形式调整为沟通耦合，去除直流量的丈量。在测验过程中要注意维护示波器探头，防止测验过程中受外界要素搅扰。图5为反应回路的电路图。从输出回路收集纹波信号，将纹波信号扩大后反应回时钟操控端以操控输出纹波相位。时钟的操控能够选取单片机发生PWM，运用单片机的优点在于能够编程完成操控便利简略，可是要收集信号有必要选用A／D转换器；一起也能够运用专用的操控芯片，操控芯片操控精度高，呼应速度快，但这些芯片本钱往往比较高。
输出回路中串联一个小电阻，电流纹波的改变能够从这个小电阻两头电压改变来表现，将这个电压经过差分扩大器扩大反应回时钟操控端，使得时钟能够依据这个改变而当令调整两个电源的相位差。图6为双路并联今后的纹波波形，输出电压为12 V，纹波电压峰峰值为0．9 V。图7为加了反应今后的纹波波形，输出电压为12 V，而纹波减小为0．4 V。试验成果表明这种带有反应的双路并联电流源在纹波按捺方面具有必定作用。
4 结语
开关电源因为其本身结构必然会发生纹波，在各种运用环境中总是力求纹波无限小。根据电源本钱，电路杂乱程度，运用场合参数要求不同，各种纹波消除手法均有其优势。除此之外，在其他方面也能够采纳各种办法，例如元器材的合理布局，接地技能，屏蔽技能，其他
开关电源拓扑结构等。跟着对开关电源的不断探究，功能更高的电源技能必将会被开发出来。在驱动大功率半导体激光器傍边，多路并联恒流源具有很高参考价值，本文所提出的纹波按捺办法是一种改善办法，并获得杰出作用。
