開(kāi)關(guān)電源抑制紋波和減小高頻噪聲解析-KIA MOS管

開(kāi)關(guān)電源紋波和噪聲抑制

開(kāi)關(guān)電源的紋波和噪聲是一個(gè)本質(zhì)問(wèn)題，換而言之無(wú)論紋波和噪聲多么小，也無(wú)法從根本上去除，再絕對的講開(kāi)關(guān)電源無(wú)論成本怎么提高，也無(wú)法完全達到線(xiàn)性電源的性能和特點(diǎn)。

開(kāi)關(guān)電源紋波噪聲

低頻紋波

開(kāi)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

根據開(kāi)關(guān)電源的公式，電感內電流波動(dòng)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)。可以看出，加大輸出電容值可以減小紋波。

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(huì )在它旁邊并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容，來(lái)彌補鋁電解電容的不足。

同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)，輸入端的電壓Vin 不變，但是電流是隨開(kāi)關(guān)變化的。這時(shí)輸入電源不會(huì )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(lái)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(huì )做的很大；輸出電容增加到一定程度，對減小紋波就沒(méi)有明顯的效果了；增加開(kāi)關(guān)頻率，又會(huì )增加開(kāi)關(guān)損失。

所以在要求比較嚴格時(shí)，這種方法并不是很好。關(guān)于開(kāi)關(guān)電源的原理等，可以參考各類(lèi)開(kāi)關(guān)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(diǎn)選在LC 濾波器之前(Pa)，輸出電壓會(huì )降低。因為任何電感都有一個(gè)直流電阻，當有電流輸出時(shí)，在電感上會(huì )有壓降產(chǎn)生，導致電源的輸出電壓降低。而且這個(gè)壓降是隨輸出電流變化的。

采樣點(diǎn)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內部引入了一個(gè)電感和一個(gè)電容，有可能會(huì )導致系統不穩定。

3、開(kāi)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，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(xiàn)。

對減小紋波。開(kāi)關(guān)電源的PCB 布線(xiàn)也非常關(guān)鍵，這是個(gè)很赫手的問(wèn)題。有專(zhuān)門(mén)的開(kāi)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(zhuān)門(mén)的研究，簡(jiǎn)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

二極管高速導通截止時(shí)，要考慮寄生參數。在二極管反向恢復期間，等效電感和等效電容成為一個(gè)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(guò)反復試驗才能確定。如果選用不當，反而會(huì )造成更嚴重的振蕩。

對高頻噪聲要求嚴格的話(huà)，可以采用軟開(kāi)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(mǎn)足實(shí)際的要求。

小結：開(kāi)關(guān)電源的應用和趨勢事實(shí)上從未停止過(guò)，解決開(kāi)關(guān)電源的場(chǎng)合應用問(wèn)題最根本的最大的方向是受干擾用電設備與開(kāi)關(guān)電源設計的干擾頻點(diǎn)匹配問(wèn)題，解決這一關(guān)鍵影響才是開(kāi)關(guān)電源應用的宗旨和目的，任何一個(gè)易受干擾設備，無(wú)論多么的復雜和精密它都會(huì )有一個(gè)干擾范圍和頻點(diǎn)。

開(kāi)關(guān)電源紋波噪聲