開關(guān)電源抑制紋波和減小高頻噪聲解析-KIA MOS管

開關(guān)電源紋波和噪聲抑制

開關(guān)電源的紋波和噪聲是一個本質(zhì)問題，換而言之無論紋波和噪聲多么小，也無法從根本上去除，再絕對的講開關(guān)電源無論成本怎么提高，也無法完全達(dá)到線性電源的性能和特點。

開關(guān)電源紋波噪聲

低頻紋波

開關(guān)電源紋波噪聲

高頻紋波

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)開關(guān)電源的公式，電感內(nèi)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(guān)系：vripple=Imax/(Co×f)?？梢钥闯觯哟筝敵鲭娙葜悼梢詼p小紋波。

通常的做法，對于輸出電容，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(guān)電源工作時，輸入端的電壓Vin 不變，但是電流是隨開關(guān)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(以BucK 型為例，是SWITcH 附近)，并聯(lián)電容來提供電流。

上面這種做法對減小紋波的作用是有限的。因為體積限制，電感不會做的很大；輸出電容增加到一定程度，對減小紋波就沒有明顯的效果了；增加開關(guān)頻率，又會增加開關(guān)損失。

所以在要求比較嚴(yán)格時，這種方法并不是很好。關(guān)于開關(guān)電源的原理等，可以參考各類開關(guān)電源設(shè)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(dāng)有電流輸出時，在電感上會有壓降產(chǎn)生，導(dǎo)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(tǒng)內(nèi)部引入了一個電感和一個電容，有可能會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3、開關(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，不需要改變原有的反饋系統(tǒng)，但也是成本最高，功耗最高的辦法。任何一款LDO 都有一項指標(biāo)：噪音抑制比。是一條頻率-dB 曲線。

對減小紋波。開關(guān)電源的PCB 布線也非常關(guān)鍵，這是個很赫手的問題。有專門的開關(guān)電源PCB 工程師，對于高頻噪聲，由于頻率高幅值較大，后級濾波雖然有一定作用，但效果不明顯。

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(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，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)過反復(fù)試驗才能確定。如果選用不當(dāng)，反而會造成更嚴(yán)重的振蕩。

對高頻噪聲要求嚴(yán)格的話，可以采用軟開關(guān)技術(shù)。

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足實際的要求。

小結(jié)：開關(guān)電源的應(yīng)用和趨勢事實上從未停止過，解決開關(guān)電源的場合應(yīng)用問題最根本的最大的方向是受干擾用電設(shè)備與開關(guān)電源設(shè)計的干擾頻點匹配問題，解決這一關(guān)鍵影響才是開關(guān)電源應(yīng)用的宗旨和目的，任何一個易受干擾設(shè)備，無論多么的復(fù)雜和精密它都會有一個干擾范圍和頻點。

開關(guān)電源紋波噪聲