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    淺談電源去耦的原因與措施

    發布時間: 2021/1/13 9:53:47 | 85 次閱讀

    淺談電源去耦系列,希望從定性的角度談談自己對電源去耦的理解。希望大家支持,不足之處也請各位多多指正。

    淺談電源去耦——電源去耦的原因

    理想的電源:
    “理想的電源”的電壓是穩定不變的,沒有任何噪聲的,輸出功率是不受限制的,并且響應速度是無限快的。即無論負載的消耗的電流如何變化、以怎樣的速度變化,電源的電壓都應該是一個穩定不變的值。不會受到負載的任何影響,也完全符合的負載的供電需求,不會影響負載的正常工作。

    實際電路常用電源器件的簡單介紹:
    電子電路中經常使用的實際電源器件由兩種:

    線性穩壓器:
    這種電源的原理結構圖一般如下所示


    利用負反饋的原理,將輸出的電壓通過兩個電阻分壓之后反饋到“運放”的輸入端,而運放的另一輸入端接一固定的參考電壓Vref,根據虛短虛斷和負反饋的原理,運放會自動調節輸出電壓,從而調節調整管的導通電阻(圖中的FET),使輸出電壓Vout和Vref之間滿足Vout·R2/(R1+R2)=Vref?梢,線性穩壓電源可以等效成為一個串聯在電源和負載之間的可變電阻,當電源的電壓或負載電流發生變化時,該電阻的阻值隨之變化,從而使負載分到的電壓保持不變。

    開關電源:
    以升壓型開關電源為例,其一般結構如下圖


    圖中的FET起開關作用,FET導通時電源對電感和電容充電,并且給負載提供能量,FET關斷時,電感電容中儲存的能量通過續流二極管形成回路,給負載提供電能?刂艶ET開關的占空比就可以調節輸出電壓的大小。
    電子電路中常用的電源就是以上兩種,這兩種各有優缺點,使用場合也有差別,并且每種都可繼續細分為多種子類,這已經超出了本篇電源去耦的范疇。從上面簡單的介紹中我們可以看出這兩種實際的電源都是有局限性的。

    實際電源與理想電源的差距:
    (1)實際電源器件的特性與理想電源之間有差距:
    響應速度:前面說線性穩壓電源是通過負反饋來改變調整管的導通電阻實現穩壓的。但運放的帶寬都是有限的,并且負反饋的過程需要一定的時間。所以實際的線性穩壓電源是需要一定的響應時間。換句話說,當輸入電壓或負載的電流變化速度過快或幅度過大時,電源器件來不及響應或不能完全消除這種變化,則負載的供電電壓就會變化,影響負載的正常工作。
    噪聲特性:開關電源由于工作在開關狀態下,即電路內部有電流的急劇變化,所以噪聲相對線性穩壓器更大。并且電源內部的各種半導體器件自身也有噪聲。這些噪聲和電源的不理想特性都會對負載造成一定的影響。
    具體描述電源器件特性的參數有線性調整率、負載調整率、輸出電壓噪聲等。

    (2)PCB走線對電源質量有影響:
    我們都知道,高速的PCB一般都是多層板,其中有專用的電源層,目的是減小電源線的寄生電感。電感的作用是阻礙電流的迅速變化,如果電源線的寄生電感很大,則當負載突然需要電流的時候,無法及時的從電源處獲取。而寬大的電源平面可以將寄生電感小化,提高電源的質量。
    而即使如此,寄生電感還是存在的。為了提供芯片需要的瞬時電流,經常在芯片引腳處放置去耦電容(電容的電流可突變,電壓不可突變)。
    (3)外界干擾對電源質量有影響:
    電源線在走線過程中也會受到板上其他信號和空間的電磁干擾的影響從而噪聲變大。去耦電容可以有效的濾除這些噪聲

    總結
    電源去耦的
    目標是為了負載能夠正常工作,使電源特性更加接近理想電源——能快速響應負載的電流需求、電壓穩定、干凈無噪聲。使電路各部分之間通過電源產生的耦合干擾降至小。





























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