开关电源频率对低频信号采集的影响

尽管在模拟量采集系统中，对ADC芯片等的供电一般建议最好不用开关电源，以避免其固有的纹波大、噪声等问题，但开关电源仍以其高效率、低价格等优点得到广泛应用，尤其是在工业控制等领域。本文介绍开关电源在模拟量采集系统中的应用，并对可能出现的一些问题进行分析。 开关电源在模拟量采集系统中的应用常常面临挑战，主要源于其固有的纹波大和噪声问题，这些可能对ADC（模拟数字转换器）芯片的工作产生影响。ADC芯片在进行采样、保持和转换操作时，电源电压和参考地的任何变化都可能导致内部采样电路和比较器的工作异常，进而影响采集结果的准确性。特别是在高精度要求的场合，使用高质量的线性电源被普遍推荐。 开关电源的工作原理是通过开关管的周期性开关动作，经过电感L1和电容C1调整输出电压。然而，在负载电流变化较大的情况下，例如ADC芯片在数据传输过程中导致光耦的导通和关闭，开关电源的输出纹波会显著增加。如果开关频率与ADC的数据通讯频率接近，可能会引起电源电压的频繁波动，加剧输出纹波，进一步影响ADC的采样稳定性。 为了减小开关电源对ADC的影响，可以采取以下策略： 1. 选择负载变化小的光耦型号，例如6N137，它的静态电流较大，但导通电流较小，降低电源负载变化。 2. 避免将模拟电源直接连接到小型开关电源输出，而是连接到更大功率的开关电源输出，减少负载变动的影响。 3. 在开关电源的输出端添加LDO（低压差线性稳压器），或者使用LC滤波器，以减少输出电压的纹波，确保模拟电路电源的稳定性。 此外，良好的PCB布线设计也至关重要，应尽量减少噪声的传播，增强电源和地线的隔离，以减少开关电源产生的噪声对ADC的影响。通过上述措施，可以在保留开关电源高效率和低成本优势的同时，有效改善模拟量采集系统的性能，确保低频信号采集的准确性和稳定性。