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第三课：在LED设计中，如何减小输出纹波（2013.4.9-2013.4.16）
LED设计中，对于纹波，理论上和实际上都是一定存在的。通常抑制或减少它的做法有五种：
4 加大电感和输出电容滤波
根据LED驱动电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。



上图是LED驱动电源电感L内的电流波形，其纹波电流△I可由下式算出：


可以看出，增加L值，或者提高频率可以减小电感内的电流波动。

同样，输出纹波与输出电容的关系：vripple=Imax/(Co×f)。 可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。
通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且ESR也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足。
同时，LED驱动电源工作时，输入端的电压Vin不变，但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流，通常在靠近电流输入端(以BucK型为例，是SWITcH附近)，并联电容来提供电流。



4 二级滤波，就是再加一级LC滤波器


LC滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显，根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路，一般能够很好的减小纹波。但是，这种情况下需要考虑反馈比较电压的采样点。(如下图所示)


采样点选在LC滤波器之前(Pa)，输出电压会降低。因为任何电感都有一个直流电阻，当有电流输出时，在电感上会有压降产生，导致电源的输出电压降低。而且这个压降是随输出电流变化的。



4 LED驱动电源输出之后，接LDO滤波
这是减少纹波和噪声最有效的办法，输出电压恒定，不需要改变原有的反馈系统，但也是成本最高，功耗最高的办法。任何一款LDO都有一项指标：噪音抑制比。是一条频率-dB曲线，如下图是凌特公司LT3024的曲线。



经过LDO之后，纹波一般在10mV以下。
下图是LDO前后的纹波对比：
对比曲线上图的曲线和左图的波形，可以看出对几百KHz的纹波，LDO的抑制效果非常好。



4 在二极管上并电容C或RC
上图是实际用二极管的等效电路。二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻一般取10Ω-100 Ω，电容取4.7pf-2.2nf。
在二极管上并联的电容C或者RC，其取值要经过反复试验才能确定。如果选用不当，反而会造成更严重的振荡。

4 二极管后接电感（EMI滤波）
这也是常用的抑制高频噪声的方法。针对产生噪声的频率，选择合适的电感元件，同样能够有效地抑制噪声。需要注意的是，电感的额定电流要满足实际的要求。

4 小结
以上是关于LED设计中，减小输出纹波的一些常用办法，虽然可能不太全，但对一般的应用已经足够了。关于噪声抑制，实际中并不一定全部应用，重要的是根据自己的设计要求，比如产品体积，成本，开发周期等，选择合适的方法。