開關電源一般由脈沖寬度調制PWM控制IC和MOSFET構成，控制開關管時間比率維持穩(wěn)定的輸出電壓。由于鐵圈匝數(shù)以及鐵芯體積的減少，開關電源的損耗很低，效率普遍較高，一般都能達到90%的電源效率。再加上其體積小，輸出穩(wěn)定，在很多方面都優(yōu)勢明顯。
但換個角度看，其缺點也很明顯。電路復雜、電源噪聲大、瞬態(tài)響應不足、輸出紋波復雜、易產(chǎn)生電磁干擾等等問題也是擺在面前的，對于一些低噪聲電路，開關電源往往無能為力。這些缺點產(chǎn)生于何處，又該如何避免?
如果電源的紋波過大，那么容易在用電器上產(chǎn)生諧波，而諧波會產(chǎn)生更多的危害;最直觀的就是降低了電源的效率;還有可能較強的紋波會造成浪涌電壓或電流的產(chǎn)生，導致燒毀用電器;也會干擾數(shù)字電路的邏輯關系，影響其正常工作。
我們一般減弱紋波的方法有 5 種：
第一種是加大輸出電感和輸出電容來進行濾波，這種也是最簡單方便的一種濾波手段，因為加大輸出電容值可以延緩導通時間，增大電源的調節(jié)時間達到減小紋波的目的;通常的做法，對于輸出電容，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(lián)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提供電流，通常在靠近電流輸入端并聯(lián)電容來提供電流。
第二種是在輸出端增加一級 LC 濾波線路;LC 濾波器對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。
第三種是在開關電源輸出之后接 LDO 濾波;這種方法是減少紋波和噪聲最有效的辦法，輸出電壓恒定，不需要改變原有的反饋系統(tǒng)，但是也是成本最高，功耗最高的辦法，一般使用在需要高精度輸出的高端開關電源上，例如服務器的信號，醫(yī)療設備之類的高精度儀器上。
第四種是在二極管上并電容 C 或 RC，這種方法是有風險的，因為在二極管上并上一個電容或者 RC 線路，就有可能會構成振蕩線路，如果參數(shù)沒有調整好的化，那么就有可能然電源發(fā)生振蕩現(xiàn)象。
第五種在輸出二極管后再接一個π型線路進行濾波，這種方法是中高端電源常用的一種濾波手段，這種手段比 LC 的濾波效果會好一點，也被稱為 CLC 濾波器。
抑制紋波提高開關電源整體性能
紋波可能會對電路產(chǎn)生各種危害，而且對電路極其致命。首先紋波一旦產(chǎn)生就容易引起諧波，對電路本身造成危害的同時降低電源效率。較高的紋波則會造成浪涌，直接破壞電路。即便不直接破壞掉電路，也會大大干擾數(shù)字電路的邏輯關系影響運行。
開關電源的輸出紋波主要來源于輸出低頻紋波的殘留、與開關工作相同高頻的高頻紋波、寄生引起的共模紋波噪聲、功率器件開關超高頻諧振噪聲以及閉環(huán)調節(jié)控制引起的紋波噪聲。輸出低頻紋波的殘留源于輸出電路的濾波電容容量不理想。抑制這一類紋波的方式相對簡單，通過加大輸出電容或者采用并聯(lián)的方式減小ESR即可。閉環(huán)調節(jié)控制帶來的紋波直接在調節(jié)器參數(shù)上做改進，也較容易實現(xiàn)。
與開關工作相同高頻的高頻紋波出現(xiàn)在使用功率器件對輸入直流電壓進行高頻開關變換、整流濾波再實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出時，主要與開關電源的變換頻率、輸出濾波器的結構以及參數(shù)相關。想要抑制也是從開關電源的變換頻率、輸出濾波器的結構以及參數(shù)入手。加大輸出高頻濾波或者采用多級濾波都能更好地抑制紋波，從開關電源工作頻率入手則可以通過提高開關電源工作頻率來提高紋波頻率以減小電感內的電流波動。
寄生電容寄生電感存在的地方很多，功率器件和變壓器間存在的寄生電容，導線存在的寄生電感，因寄生而引起的共模紋波噪聲需要采用專門設計的EMI濾波器來消除(抑制)，選擇反向恢復性能更好的二極管也是很有用的辦法。
功率器件在開關過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲較為復雜，不僅與結電容相關，和變壓器漏感，開關電源的分布參數(shù)等等息息相關。合理的PCB布局在任何時候都是能給予整個電路系統(tǒng)更高穩(wěn)定性的，在解決此類紋波時這是很重要的原則。
減少分布電容是抑制超高頻諧振噪聲一大方向，具體到方法可以通過采用帶屏蔽的襯底減小開關管與散熱之間的分布電容，或者通過改進繞制工藝和結構盡可能減小繞組間的分布電容。二極管和開關管的選擇也非常重要，開關管的結電容會直接影響到噪聲等級，二極管最好選用軟恢復特性的，這樣能盡可能減少超高頻諧振噪聲。
另外，溫度變化會使得器件的參數(shù)發(fā)生變化，從而影響紋波，這也需要注意。
開關電源的EMI損害
EMI在任何電子系統(tǒng)中都會存在，在開關電源中，三極管和二極管在開關過程中，上升下降時間內電流變化很大，很容易產(chǎn)生射頻能量形成干擾源。在開關管、二極管、高頻變壓器等元件上，干擾源都是極容易產(chǎn)生，而且開關電源的EMI信號占有很寬的頻率范圍，并且具有一定的幅度。
我們總會盡可能去抑制EMI，用于抑制EMI的技術也不在少數(shù)，在開關電源上常用于EMI控制的濾波技術、屏蔽技術、密封技術、接地技術都是比較常見的。在開關管和二極管開斷過程中，由于存在變壓器漏感和線路電感，很容易產(chǎn)生尖峰電壓，通常這種情況下會采取的辦法是使用RC/RCD吸收回路，吸收回路會明顯改善開關波形。
減小功率開關管通斷時的du/dt是抑制開關電源干擾很重要的部分。在開關電路基礎上增加一個小電感、電容這些諧振元件就能構成軟開關電路。軟開關電路在開關過程前后引入了諧振，能消除電壓電流重疊的現(xiàn)象，大大降低開關損耗和干擾。
小結
在開關電源設計上，紋波和EMI都是對電路產(chǎn)生不良影響的重要因素。而且二者來源極多，分布極廣，如何對二者進行有效抑制是提高開關電源穩(wěn)定性和效率的關鍵。
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