反激式开关电源增加填谷线路后纹波异常抖动解决方案

 

一、问题现象描述    

          

 

 

-电源拓扑：反激式开关电源（带填谷式PFC电路）。 

 

-故障现象：  
 

- 加入填谷电路后，输出电压纹波出现异常抖动（如100Hz低频纹波叠加高频振荡）。

  

                                       图1

  - 轻载时抖动更明显 ，可能导致控制环路失稳或EMI超标。  

          

 

 

二、填谷电路工作原理与潜在问题    

1. 填谷电路原理

          

 

 

- 典型结构：由二极管和电容组成，通过电容分时充电实现输入电流波形整形（如图2）。  

   

   

          

 

 

- 目标：改善功率因数（PF值），但可能引入低频纹波和谐振。  

     

 

2. 纹波异常的可能原因

          

 

 

三、分步排查与解决方案

1. 检查填谷电容参数

- 现象：低频纹波（100Hz）幅值超标。  

- 解决方案：  

        - 选择容量匹配的填谷电容（典型值2×22μF/400V），确保两电容容量偏差≤5%。  

       - 并联低ESR电容（如10μF薄膜电容），抑制充放电瞬态振荡。  

          

 

 

2. 优化反馈环路补偿

- 现象：高频振荡（如1-10kHz）。  

- 解决方案：  

  - 在误差放大器（如TL431）补偿脚增加相位超前电容（例如：在补偿电容C1旁并联1nF-10nF电容）。  

  - 调整补偿网络参数，确保环路增益裕度≥10dB，相位裕度≥45°（可通过网络分析仪验证）。  

          

 

 

3. 抑制二极管反向恢复噪声

- 现象：开关节点（MOSFET漏极）出现高频振铃。  

- 解决方案：  

  - 选用快恢复二极管（如FR107，反向恢复时间≤500ns）替代普通整流二极管。  

  - 在填谷二极管两端并联RC缓冲电路（如100Ω+100pF），吸收高频能量。  

          

 

 

4. 优化PCB布局

- 关键原则：      

  - 填谷电路靠近整流桥放置，减少高频环路面积。  

  - 反馈信号走线远离填谷电路和功率回路，避免噪声耦合。  

  - 地平面分割：功率地与信号地单点连接。  

          

 

 

四、实测验证与波形分析

1. 测试点与工具：  

   - 示波器：测量输入电压、填谷电容电压、输出电压纹波。  

   - 电流探头：观测填谷电容充放电电流波形。  

          

 

 

2.正常波形示例：  

   - 填谷电容电压：平滑的充放电曲线，无剧烈振荡。  

   - 输出电压纹波：峰峰值 ≤输出电压的1%（无异常高频抖动）。  

图3

          

 

 

3.异常波形示例：  

   - 低频纹波：100Hz工频调制导致周期性波动。  

图4

   - 高频振荡：控制环路失稳或二极管反向恢复引发振铃。  

          

 

 

五、典型优化案例

案例1：低频纹波抑制

- 问题：100Hz纹波幅值达200mV。  

- 措施：  

  - 将填谷电容从2×10μF更换为2×22μF（低ESR电解电容）。  

  - 在输出端增加LC滤波（10μH+220μF）。      

- 结果：纹波降至输出电压的1%以内。  

          

 

 

案例2：高频振荡消除

- 问题：开关节点出现10MHz高频振铃。  

- 措施：  

  - 在填谷二极管两端并联RC缓冲电路（47Ω+470pF）。  

  - 调整TL431补偿电容从10nF增至22nF。  

- 结果：振铃幅值减少80%，环路恢复稳定。  

          

 

 

六、总结与建议

          

 

 

-最终目标：在保证PF值（≥0.9）的前提下，使输出电压纹波满足要求（≤输出电压的1%）。