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。
1 w8 x) I, J4 W5 g. U* ?% ^, [. e0 ~　　②产生原因是开关电源的电流纹波作用在电容的ESR上。
  y9 B: z/ S" B( e$ N, {9 I　　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
, p. x8 N1 x+ Q3 R: R1 Y　　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。
- J. }9 g) |5 j　　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。
　　三、减小纹波和噪声电压的措施
5 H( b3 Q* ~5 H8 z6 ?　　①减少EMI的干扰
% e3 R) M# q8 Z$ o; g　　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
* R: o4 N! y  J! y( M　　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。
1 b/ g4 t5 c" m2 H# v　　③采用与产品系统的频率同步
0 d; S4 m7 p* Q  @! N+ G7 Z　　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
. e" h% N' J, e9 v- h; o　　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。
　　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。
　　⑥增加LDO
　　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。
　　⑦ 增加有源EMI滤波器及有源输出纹波衰减器
3 R; K; H% [: V! u4 d2 U& z　　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。
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