減小高頻開關電源紋波的方法

1、 開關電源在為電子設備帶來更高轉換效率的同時，也帶來了開關噪聲，電子設備特別是一些測量儀表、通信設備對電源紋波都很敏感，特別是高頻紋波會對設備造成很大的干擾。對于高頻開關電源開關紋波，通常抑制或減少它的做法有：1，加大電感和輸出電容濾波 根據(jù)高頻開關電源的公式，電感內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。 左圖是開關電源電感L內的電流波形，其紋波電流I可由下式算出： 可以看出，增加L值，或者提高開關頻率可以減小電感內的電流波動。 同樣，輸出紋波與輸出電容的關系：vripple=Imax/(Cof。 可以看出，加大輸出電容值可以減小紋波。

2、 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，高頻開關電源工作時，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(以BucK型為例，是SWITcH附近，并聯(lián)電容來提供電流。 應用該對策后，BUCK型開關電源如下圖所示： 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；增加開關頻率，又會增加開關損失。所以在要求比較嚴格時，這種

3、方法并不是很好。 關于高頻開關電源的原理等，可以參考各類開關電源設計手冊。 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成濾波電路，一般能夠很好的減小紋波。 但是，這種情況下需要考慮反饋比較電壓的采樣點。 ( 如下圖所示 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，當有電流輸出時，在電感上會有壓降產生，導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)內部引入了一個電感和

4、一個電容，有可能會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。關于系統(tǒng)穩(wěn)定，很多資料有介紹，這里不詳細寫了。 3 ，高頻開關電源輸出之后，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：噪音抑制比。是一條頻率 -dB 曲線，如右圖是凌特公司 LT3024 的曲線。 經(jīng)過 LDO 之后，開關紋波一般在 10mV 以下。 下圖是 LDO 前后的紋波對比： 對比曲線上圖的曲線和左圖的波形，可以看出對幾百 KHz 的開關紋波， LDO 的抑制效果非常好。但在高頻范圍內，該 LDO 的效果就不那么理想了。 對減小紋波。高頻開

5、關電源的 PCB 布線也非常關鍵，這是個很赫手的問題。有專門的開關電源 PCB 工程 師，簡單的可以參考美國國半公司的 AN1229 ： SIMPLE SWITCHER PCB Layout Guidelines ， ( 網(wǎng)上有翻譯的中文摘要 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 左圖是實際用二極管的等效電路。二極管高速導通截止時，要考慮寄生參數(shù)。在二極管反向恢復期間，等效電感和等效電容成為一個 RC 振蕩器，產生高頻振蕩。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。電阻一般取 10-100 ，電容取 4.7pF-2.2nF 。 詳細的解釋可參考資料 1 和 2 。 在二極管上并聯(lián)的電容 C 或者 RC ，其取值要經(jīng)過反復試驗才能確定。如果選用不當，反而會造成更嚴重的振蕩。 對高頻噪聲要求嚴格的話，可以采用軟開關技術。關于軟開關，有很多書專門介紹。 5 ，二極管后接電感（ EMI 濾波） 這也是常用