开关电源：波纹与噪声

Ber_thaw99

　　一、开关电源输出波纹
　　①开关电源输出纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。
; V! C* \* S8 v6 m& G# I; m　　②产生原因是开关电源的电流纹波作用在电容的ESR上。
1 t9 Y5 X( G. p% y　　③纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。
　　二、开关电源输出噪声
: A! a2 a% D% `. W　　①开关电源输出噪声是指全带宽下输出电压上叠加的交流量。
　　②产生的原因一种是开关电源自身产生的。另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。
' A5 a9 h- ?3 b. H　　③开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。
- j) @, p* T) i/ N, g1 ?　　三、减小纹波和噪声电压的措施
: T4 K- |& Z* S# D: W5 h8 E7 w% S4 M　　①减少EMI的干扰
: ~( ?+ e! K5 Q　　采用金属外壳做屏蔽减小外界电磁场辐射干扰。为减少从电源线输入的电磁干扰，在电源输入端加EMI滤波器。
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　　②在输出端采用高频性能好、ESR低的电容
  k6 A% H7 y3 t& j! X$ F　　采用高分子聚合物固态电解质的铝或钽电解电容作输出电容是的，其特点是尺寸小而电容量大，高频下ESR阻抗低，允许纹波电流大。它适用于高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器及DC/DC模块电源作输出电容。
2 ~0 U' n  e8 [/ d4 D: M　　③采用与产品系统的频率同步
" S- U6 x. s* a　　为减小输出噪声，电源的开关频率应与系统中的频率同步，即开关电源采用外同步输入系统的频率，使开关的频率与系统的频率相同。
　　④避免多个模块电源之间相互干扰
* [+ V4 W$ L, h) g　　在同一块PCB上可能有多个模块电源一起工作。若模块电源是不屏蔽的、并且靠的很近，则可能相互干扰使输出噪声电压增加。为避免这种相互干扰可采用屏蔽措施或将其适当远离，减少其相互影响的干扰。
( R  \( r" I, r# ?5 t/ d3 F. b　　⑤增加LC滤波器
　　为减小模块电源的纹波和噪声，可以在DC/DC模块的输入和输出端加LC滤波器。
" \9 a! O& a, j! i' X/ `6 _( m" C　　⑥增加LDO
- k/ B; }5 g( j　　在开关电源或模块电源输出后再加一个低压差线性稳压器（LDO）能大幅度地降低输出噪声，以满足对噪声特别有要求的电路需要，输出噪声可达μV级。
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　　由于LDO的压差（输入与输出电压的差值）仅几百mV，则在开关电源的输出略高于LDO几百mV就可以输出标准电压了，并且其损耗也不大。
- g! p& X, ~9 k1 E/ k　　⑦ 增加有源EMI滤波器及有源输出纹波衰减器
　　有源EMI滤波器可在150kHz～30MHz间衰减共模和差模噪声，并且对衰减低频噪声特别有效。在250kHz时，可衰减60dB共模噪声及80dB差模噪声，在满载时效率可达99%。
　　输出纹波衰减器可在1～500kHz范围内减低电源输出纹波和噪声30dB以上，并且能改善动态响应及减小输出电容。