如何做一個(gè)干凈的電源切換器，避免產(chǎn)生電源噪聲

我們都知道開(kāi)關(guān)電源是很奇妙的東西。它們消除了線性電源中使用的笨重變壓器，并提供高效的電源轉(zhuǎn)換。他們可以上臺(tái)或下臺(tái)。如果輸入電源降得太低，有些甚至足夠聰明，可以處理這兩種功能。而且它們變得易于使用：選擇具有正確輸入電壓、輸出電壓和電流規(guī)格的芯片;添加一個(gè)便宜的電感器，可能還有一個(gè)或兩個(gè)分立的 FET;把它放在一塊板上——完成。

但是你有沒(méi)有注意過(guò)這些東西產(chǎn)生和輻射的噪音?去拿一個(gè)帶有 AM 檢測(cè)器的便攜式收音機(jī)，并將它放在任何插入式壁式充電器或您設(shè)計(jì)的最后一個(gè)切換器附近。調(diào)整 AM 廣播頻段，或者如果您能找到帶有一些短波頻段的收音機(jī)，請(qǐng)?jiān)谀抢锸章?tīng)。

以 20kHz 運(yùn)行的老式廉價(jià)切換器往往會(huì)在整個(gè) MF 和 HF 頻譜中產(chǎn)生刺耳的噪聲，峰值間隔為 20kHz。而且由于 20kHz 開(kāi)關(guān)時(shí)鐘不是那么穩(wěn)定，它會(huì)隨著溫度、負(fù)載和幾乎任何其他刺激而漂移。高頻開(kāi)關(guān)的作用大致相同，大信號(hào)是開(kāi)關(guān)頻率的倍數(shù)。而且它們還在開(kāi)關(guān)頻率的諧波之間消除了大量的寬帶噪聲。

這種噪聲輻射，使用電源的內(nèi)部布線作為天線，它也通過(guò)輸入和輸出引線作為共模信號(hào)傳導(dǎo)，作為漂亮的天線并將噪聲能量輻射到各處。主要噪聲類型是由開(kāi)關(guān)頻率產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)噪聲供應(yīng)。他說(shuō)，通常，對(duì)于非隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器，此噪聲的頻帶在500 kHz和3 MHz之間。但是，由于它取決于開(kāi)關(guān)頻率，因此可以使用低通濾波器輕松控制和濾除。開(kāi)關(guān)噪聲會(huì)產(chǎn)生輸出紋波電壓，如圖1所示。可以使用無(wú)源LC低通濾波器或有源低通濾波器輕松濾除。在某些情況下，當(dāng)CM噪聲到達(dá)墻壁插座時(shí)，附近某處出現(xiàn)不平衡，共模信號(hào)變?yōu)椴钅Ｐ盘?hào)，并被電源線/傳輸線帶到很遠(yuǎn)的地方。

好舊的啞線性交流-直流電源沒(méi)有這樣做。

我注意到一些電源，特別是在 PC 中，缺少線路電壓輸入上的濾波器。聽(tīng)說(shuō)有的廠家在用于通過(guò)FCC和CE認(rèn)證的樣品上安裝了過(guò)濾器，然后在生產(chǎn)模型中省略了。當(dāng)有人投訴并開(kāi)始執(zhí)法時(shí)，該模型早已停產(chǎn)。

使用適當(dāng)?shù)蔫F氧體材料通?？梢韵龔耐鈿ぶ幸莩龅脑胍?。那是筆記本電腦電源線上的小甜甜圈形狀的東西。

在部署多個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器或穩(wěn)壓器以產(chǎn)生多個(gè)電壓的系統(tǒng)中為了驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載，如處理器內(nèi)核，I/O接口，F(xiàn)PGA，ASIC和模擬電路，如果這些轉(zhuǎn)換器或POL穩(wěn)壓器的開(kāi)關(guān)頻率不同步，則拍頻是常見(jiàn)問(wèn)題。當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器并聯(lián)使用N + 1冗余解決方案以獲得更高輸出功率或更高可靠性時(shí)，應(yīng)用中也會(huì)出現(xiàn)此問(wèn)題?，F(xiàn)在，如果轉(zhuǎn)換器是非同步的，固定頻率切換大約為1 MHz，并且源是公共總線，它們往往會(huì)在稱為拍頻的輸入端產(chǎn)生低頻噪聲。它會(huì)在音頻頻率上產(chǎn)生不需要的輸入AC紋波電流，從而產(chǎn)生不希望的聲音和紋波電流。

我還聽(tīng)說(shuō)過(guò)一個(gè)通過(guò) FCC 規(guī)范的技巧，該技巧涉及故意調(diào)制開(kāi)關(guān)頻率，以便在更寬的頻帶上涂抹噪聲，從而降低任何窄測(cè)量頻帶中的噪聲功率。我稱那是法律的文字，而不是精神。

那么為什么這是一個(gè)問(wèn)題呢?這是大規(guī)模的污染。大多數(shù)城市和郊區(qū)環(huán)境現(xiàn)在都在 MF 和 HF 頻譜中出現(xiàn)干擾各種服務(wù)的噪聲，并且隨著問(wèn)題的惡化，更多的服務(wù)將受到影響。如果我們能夠開(kāi)始采取措施減少這種污染源，就像關(guān)閉污染工廠的河流一樣，一切都會(huì)重新變得干凈。

但這是誰(shuí)的責(zé)任?是芯片制造商嗎?能否通過(guò)更好的設(shè)計(jì)或更好的關(guān)于如何消除輻射和傳導(dǎo)噪聲的應(yīng)用說(shuō)明來(lái)解決問(wèn)題?設(shè)備制造商如何更好地使用芯片并誠(chéng)實(shí)地將過(guò)濾器留在BOM中以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)?是否加強(qiáng)執(zhí)法(如果是，誰(shuí)來(lái)資助)?

您在處理切換器噪音方面有什么經(jīng)驗(yàn)?如果設(shè)計(jì)不是您自己的，您是如何解決問(wèn)題的?你得到責(zé)任方的滿意了嗎?