鉅大LARGE | 點擊量：1126次 | 2021年08月29日
開關電源紋波的原因及抑制方法是什么
開關電源紋波的測量
基本要求：使用示波器AC耦合，20MHz帶寬限制，拔掉探頭的地線
1，AC耦合是去掉重疊的直流電壓，得到準確的波形。
2，打開20MHz帶寬限制是戒備高頻噪聲的*，戒備測出錯誤的結果。因為高頻成分幅值較大，測量的時候應除去。
3，拔掉示波器探頭的接地夾，使用接地環測量，是為了減少*。很多部門沒有接地環，假如誤差準許也筆直用探頭的接地夾測量。但在判斷是不是合格時要考慮這個因素。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
還有一點是要使用50Ω終端。橫河示波器的資料上解析說，50Ω模塊是除去DC成分，精確測量AC成分。但是很少有示波器配這種專門的探頭，大多數情況是使用標配100KΩ到10MΩ的探頭測量，影響暫時不清楚。
上面是測量開關紋波時基本的留意事項。假如示波器探頭不是筆直接觸輸出點，應當用雙絞線，或者50Ω同軸電纜方式測量。
在測量高頻噪聲時，使用示波器的全通帶，一般為幾百兆到GHz級別。其他與上述相同。可能不同的公司有不同的探測辦法。歸根究竟第一要清楚自己的探測結果。第二要得到客戶認可。
有關示波器：
有些數字示波器因為*和存儲深度的原由，無法正確的測量出紋波。這時應更換示波器。這方面有時候雖然老的模擬示波器帶寬惟有幾十兆，但表現要比數字示波器好。
泰克公司有專門分開測量上述兩種紋波(噪聲)的軟件，可以看一下參考資料5。同樣，有關示波器的接地，電源探測的相關知識，也可以看一下。
開關電源紋波的抑制
關于開關紋波，理論上和實際上都是一定存在的。通常抑制或減少它的做法有三種：
1、加大電感和輸出電容濾波
依據開關電源的公式，電感內電流波動大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。
同樣，輸出紋波與輸出電容的關系：vripple=Imax/(Co×f)。可以看出，加大輸出電容值可以減小紋波。
通常的做法，關于輸出電容，使用鋁電解電容以達到大容量的目的。但是電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好，而且ESR也比較大，所以會在它旁邊并聯一個陶瓷電容，來彌補鋁電解電容的不足。
同時，開關電源工作時，輸入端的電壓Vin不變，但是電流是隨開關變化的。這時輸入電源不會很好地供應電流，通常在靠近電流輸入端(以bucK型為例，是SWITcH附近)，并聯電容來供應電流。
上面這種做法對減小紋波的用途是有限的。因為體積限制，電感不會做的很大；輸出電容新增到一定程度，對減小紋波就沒有分明的效果了；新增開關頻率，又會新增開關損失。所以在要求比較嚴格時，這種辦法并不是很好。有關開關電源的原理等，可以參考各類開關電源設計手冊。
2、二級濾波，就是再加一級LC濾波器
LC濾波器對噪紋波的抑制用途比較分明，依據要除去的紋波頻率選擇適宜的電感電容構成濾波電路，一般能夠很好的減小紋波。
采樣點選在LC濾波器之前(Pa)，輸出電壓會降低。因為任何電感都有一個直流電阻，當有電流輸出時，在電感上會有壓降萌生，導致電源的輸出電壓降低。而且這個壓降是隨輸出電流變化的。
采樣點選在LC濾波器之后(Pb)，這樣輸出電壓就是我們所希望得到的電壓。但是這樣在電源系統內部引入了一個電感和一個電容，有可能會導致系統不穩定。有關系統穩定，很多資料有解析，這里不具體寫了。
3、開關電源輸出之后，接LDO濾波
這是減少紋波和噪聲最有效的方法，輸出電壓恒定，不要改變原有的反饋系統，但也是成本最高，功耗最高的方法。任何一款LDO都有一項指標：噪音抑制比。是一條頻率-db曲線，如右圖是凌特公司LT3024的曲線。
對減小紋波。開關電源的PCb布線也非常關鍵，這是個很赫手的問題。有專門的開關電源PCb工程師，關于高頻噪聲，由于頻率高幅值較大，后級濾波雖然有一定用途，但效果不分明。這方面有專門的研究，簡單的做法是在二極管上并電容C或RC，或串聯電感。
4、在二極管上并電容C或RC
二極管高速導通截止時，要考慮寄生參數。在二極管反向恢復期間，等效電感和等效電容成為一個RC振蕩器，萌生高頻振蕩。為了抑制這種高頻振蕩，需在二極管兩端并聯電容C或RC緩沖網絡。電阻一般取10Ω-100Ω，電容取4.7pF-2.2nF。
在二極管上并聯的電容C或者RC，其取值要經過反復實驗才能確定。假如選用不當，反而會造成更嚴重的振蕩。
對高頻噪聲要求嚴格的話，可以采用軟開關技術。有關軟開關，有很多書專門解析。
5、二極管后接電感（EMI濾波）
這也是常用的抑制高頻噪聲的辦法。針對萌生噪聲的頻率，選擇適宜的電感元件，同樣能夠有效地抑制噪聲。要留意的是，電感的額定電流要滿足實際的要求。比較簡單的做法，不再具體解釋。
上一篇：開關電源的儲能電感和濾波電感解析
