抑制或減少開(kāi)關(guān)電源的紋波和噪聲的方法

開(kāi)關(guān)電源的紋波和噪聲是一個(gè)本質(zhì)問(wèn)題，換而言之無(wú)論紋波和噪聲多么小，也無(wú)法從根本上去除，再絕對(duì)的講開(kāi)關(guān)電源無(wú)論成本怎么提高，也無(wú)法完全達(dá)到線(xiàn)性電源的性能和特點(diǎn)。那么，通常抑制或減少它的做法有五種：

1，加大電感和輸出電容濾波

根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的公式，電感內(nèi)電流波動(dòng)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(guān)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，對(duì)于輸出電容，使用鋁電解電容以達(dá)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(huì)在它旁邊并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容，來(lái)彌補(bǔ)鋁電解電容的不足。

同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)，輸入端的電壓Vin 不變，但是電流是隨開(kāi)關(guān)變化的。這時(shí)輸入電源不會(huì)很好地提供電流，通常在靠近電流輸入端(以BucK 型為例，是SWITcH 附近)，并聯(lián)電容來(lái)提供電流。

上面這種做法對(duì)減小紋波的作用是有限的。因?yàn)轶w積限制，電感不會(huì)做的很大;輸出電容增加到一定程度，對(duì)減小紋波就沒(méi)有明顯的效果了;增加開(kāi)關(guān)頻率，又會(huì)增加開(kāi)關(guān)損失。所以在要求比較嚴(yán)格時(shí)，這種方法并不是很好。關(guān)于開(kāi)關(guān)電源的原理等，可以參考各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)手冊(cè)。

2，二級(jí)濾波，就是再加一級(jí)LC 濾波器

LC 濾波器對(duì)噪紋波的抑制作用比較明顯，根據(jù)要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構(gòu)成濾波電路，一般能夠很好的減小紋波。

采樣點(diǎn)選在LC 濾波器之前(Pa)，輸出電壓會(huì)降低。因?yàn)槿魏坞姼卸加幸粋€(gè)直流電阻，當(dāng)有電流輸出時(shí)，在電感上會(huì)有壓降產(chǎn)生，導(dǎo)致電源的輸出電壓降低。而且這個(gè)壓降是隨輸出電流變化的。

采樣點(diǎn)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(tǒng)內(nèi)部引入了一個(gè)電感和一個(gè)電容，有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。關(guān)于系統(tǒng)穩(wěn)定，很多資料有介紹，這里不詳細(xì)寫(xiě)了。

3，開(kāi)關(guān)電源輸出之后，接LDO 濾波

這是減少紋波和噪聲最有效的辦法，輸出電壓恒定，不需要改變?cè)械姆答佅到y(tǒng)，但也是成本最高，功耗最高的辦法。任何一款LDO 都有一項(xiàng)指標(biāo)：噪音抑制比。是一條頻率-dB 曲線(xiàn)。

對(duì)減小紋波。開(kāi)關(guān)電源的PCB 布線(xiàn)也非常關(guān)鍵，這是個(gè)很赫手的問(wèn)題。有專(zhuān)門(mén)的開(kāi)關(guān)電源PCB 工程師，對(duì)于高頻噪聲，由于頻率高幅值較大，后級(jí)濾波雖然有一定作用，但效果不明顯。這方面有專(zhuān)門(mén)的研究，簡(jiǎn)單的做法是在二極管上并電容C 或RC，或串聯(lián)電感。

4，在二極管上并電容C 或RC

二極管高速導(dǎo)通截止時(shí)，要考慮寄生參數(shù)。在二極管反向恢復(fù)期間，等效電感和等效電容成為一個(gè)RC 振蕩器，產(chǎn)生高頻振蕩。為了抑制這種高頻振蕩，需在二極管兩端并聯(lián)電容C或RC 緩沖網(wǎng)絡(luò)。電阻一般取10Ω-100Ω，電容取4.7pF-2.2nF。

在二極管上并聯(lián)的電容C 或者RC，其取值要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能確定。如果選用不當(dāng)，反而會(huì)造成更嚴(yán)重的振蕩。

對(duì)高頻噪聲要求嚴(yán)格的話(huà)，可以采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。關(guān)于軟開(kāi)關(guān)，有很多書(shū)專(zhuān)門(mén)介紹。

5，二極管后接電感(EMI 濾波)

這也是常用的抑制高頻噪聲的方法。針對(duì)產(chǎn)生噪聲的頻率，選擇合適的電感元件，同樣能夠有效地抑制噪聲。需要注意的是，電感的額定電流要滿(mǎn)足實(shí)際的要求。

既然電源輸出的紋波難以避免和消除，那么有什么辦法可以抑制紋波的產(chǎn)生嗎?方法當(dāng)然是有的。

電源輸出紋波主要來(lái)源于五個(gè)方面：低頻輸入紋波、高頻紋波、寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。

抑制這些紋波的通常方法是：加大濾波電路中電容容量、采用LC濾波電路、采用多級(jí)濾波電路、以線(xiàn)性電源代替開(kāi)關(guān)電源、合理布線(xiàn)等。

但根據(jù)它的分類(lèi)，有針對(duì)性的采取措施往往會(huì)取得事半功倍的效果。

1、高頻紋波的抑制

高頻紋波噪聲多來(lái)源于高頻功率變換電路。

在高頻功率變換電路中，輸入直流電壓通過(guò)高頻功率器件進(jìn)行變換后進(jìn)行整流濾波而實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)壓輸出中，一般會(huì)含有與開(kāi)關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對(duì)外電路的影響大小主要和開(kāi)關(guān)電源的變換頻率、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)。

設(shè)計(jì)中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對(duì)高頻開(kāi)關(guān)紋波的濾波要求。

2、低頻紋波的抑制

低頻紋波的大小與輸出電路中的濾波電容大小有關(guān)。電容的容量不能無(wú)限制地增加，不可避免的會(huì)造成輸出低頻紋波的殘留。

交流紋波經(jīng)過(guò)DC/DC變換電路進(jìn)行衰減后輸出，屬于低頻噪聲范圍，其大小由控制系統(tǒng)的增益和DC/DC變換電路決定。

由于電流型和電壓型控制DC/DC變換電路的紋波抑制能力相對(duì)均不高且他們的輸出端低頻交流紋波較大。

所以必須對(duì)低頻電源紋波采取濾波措施實(shí)現(xiàn)電源的低紋波輸出。

對(duì)有的電源來(lái)說(shuō)，可增大DC/DC變換器閉環(huán)增益電路和采用前級(jí)預(yù)穩(wěn)壓電路可以增強(qiáng)紋波的抑制效果、可以通過(guò)改變整流濾波器的電容量以及調(diào)節(jié)反饋回路的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻紋波的抑制。

3、共模紋波的抑制

共模紋波噪聲一般出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)電源，當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的矩形波電壓作用于功率器件時(shí)，與功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間的寄生電容和導(dǎo)線(xiàn)中存在寄生電感相互作用，產(chǎn)生共模紋波噪聲。對(duì)于共模紋波噪聲抑制的方法有：

① 減小控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容，并在輸出端加共模抑制電感及電容;

② 利用EMI濾波器可以有效的抑制共模紋波的干擾;

③ 降低開(kāi)關(guān)毛刺幅度。

4、閉環(huán)控制環(huán)路紋波的抑制

閉環(huán)控制環(huán)路紋波的產(chǎn)生原因一般是環(huán)路中的參數(shù)設(shè)置不適當(dāng)，當(dāng)輸出端存在一定波動(dòng)時(shí)，反饋網(wǎng)絡(luò)把輸出端的波動(dòng)電壓反饋到調(diào)節(jié)器回路，致使調(diào)節(jié)器產(chǎn)生自激響應(yīng)，從而產(chǎn)生附加紋波。

抑制方法主要有：抑制調(diào)節(jié)器自激響應(yīng)、合理選擇環(huán)路的放大倍數(shù)、調(diào)節(jié)器穩(wěn)定性、電源輸出端接LDO濾波，這是減少紋波和噪聲最有效的方法。

以上就是關(guān)于紋波的抑制方法。當(dāng)然，想要了解把紋波控制在了什么范圍，必須對(duì)開(kāi)關(guān)電源的輸出紋波進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量的儀器可以用時(shí)序雜訊量測(cè)儀或示波器。比如源儀tet的E5010時(shí)序雜訊量測(cè)儀。