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工业电源中电源抑制比(PSRR)解析    2024-11-19

在工业电源相关的电路设计与应用中,有一个关键指标常常被提及,那就是电源抑制比(PSRR)。这个看似专业的术语,对于理解和优化工业电源电路性能有着至关重要的作用。

 

一、PSRR 不仅仅属于运算放大器

 

PSRR 的代号大家并不陌生,但它绝不是运算放大器独有的概念。当我们研究 LDO(低压差线性稳压器)或者 DCDC 芯片时,会发现 PSRR 在这些领域同样是关键指标参数。从本质上讲,PSRR 是用于表征电路对电源电压波动抑制能力的重要指标。在工业环境中,电源电压波动是常见现象,而这种波动可能会给电路输出信号带来不良影响,PSRR 就是衡量电路应对这种情况能力的关键。通常,PSRR dB 为单位,借助这个指标,我们可以清晰地评估器件能否有效抑制电源上的变化或噪声对输出信号的干扰。

在运算放大器电路里,PSRR 参数直观地反映了放大器在直流电源发生变化时维持输出稳定的能力。对于工业生产中的信号放大、处理环节,这一点极为关键。而在 LDO DC/DC 电路中,PSRR 则主要用于衡量电路抑制输入电源纹波对输出端的影响。总的来说,PSRR 数值越高,器件在隔离或抑制电源电压变化方面的能力就越强,从而保障输出更加稳定。本文接下来将重点围绕 PSRR 在运算放大器电路中的定义、影响以及计算展开讨论。

 

二、PSRR 的量化运算放大器对电源变化的敏感度

 

PSRR 对运算放大器而言,是量化其对电源变化敏感度的关键指标。其计算公式为:PSRR = - 20log (ΔVio/ΔVs),这里的 ΔVio 是输入失调电压的变化,ΔVs 是电源电压的变化。从这个定义出发,PSRR 的单位可以是 V/V uV/V,表示电源电压每变化 1V 时,对应的输入失调电压变化的微伏或伏数。不过,更为常见的单位是 dB

在这个公式中,有个特殊的点值得注意,就是那个负号。由于在实际情况中,ΔVioΔVs,这就导致 20log (ΔVio/ΔVs)<0,加上负号后,PSRR 就变成了正数。这也就解释了为什么我们常说 PSRR 越大越好是针对其以 dB 为单位的情况,若单位是 V/V uV/V,就不能简单这样判断了。在理想状态下,我们希望当电源电压发生变化(ΔVs)时,在运放输入端引起的失调电压(ΔVio)越小越好,最理想的 PSRR 是无穷大,这样电源的任何变化都不会影响运放的输出。以常见的放大器 LM324 为例,其 PSRR 的典型规格范围为 100dB,最小值为 65dB

 

三、PSRR 的温度与频率的双重作用

 

(一)温度非线性影响

PSRR 主要受到两个因素的影响,温度就是其中之一。温度对 PSRR 的影响呈现出非线性的特点,即 PSRR 可能随着温度的升高而增大,也可能减小。从 LM324 PSRR~ 温度变化曲线可以看出,虽然整体的变化幅度不是特别大,但这种变化在一些对温度敏感的工业应用场景中仍不可忽视。例如,在某些高温作业的工业环境中,电路中的运算放大器需要在温度变化下保持稳定的性能,此时就需要考虑温度对 PSRR 的影响,选择合适的运算放大器或者采取相应的温度补偿措施。

(二)频率影响更为显著

另一个重要影响因素是频率。通常情况下,频率越高,PSRR 越小。这意味着在高频环境下,电源噪声更容易耦合到运放的输出端。对于双电源供电的运放,需要格外注意,因为其正负电源的 PSRR 参数往往不同。例如,在某些双电源供电的运放电路中,负电源的 PSRR 随着频率的上升会急剧下降,而正电源的 PSRR 相对较好。

 

在工业电源应用中,根据供电电源的类型,我们需要有针对性地考虑频率对 PSRR 的影响。如果是使用 LDO 生成的输出电压对运放进行供电,由于 LDO 是线性电源,自身具有高 PSRR 特性,输出电压纹波一般较小,这种情况下对频率对 PSRR 的影响可以不用过于关注。但如果是使用 DCDC 开关电源为运放供电,那就需要高度警惕了,因为开关电源的输出纹波较大。此时,可以通过计算来量化输出纹波的幅值和频率,进而评估其对运放输入失调电压的影响。对于那些对运放输出失调电压要求较高的工业电路,建议尽量避免直接使用 DCDC 为运放供电,优先选择 LDO。如果实在无法避免使用 DCDC,一定要通过电感、电解电容、陶瓷电容组合的方式做好滤波,有效降低电源纹波,保障电路稳定运行。

 

在工业电源领域,深入理解和把握 PSRR 这一指标,无论是对于电路设计、设备选型还是故障排查,都有着重要的指导意义,能够帮助工程师更好地优化工业电源电路,保障工业生产的高效稳定进行。

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