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抑制或减少开关电源纹波的五种做法

开关电源纹波的产生
我们  终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的  根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生，首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因 。
随着SWITCH的开关，电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的 。所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波，一般所说的纹波就是指这个 。它与输出电容的容量和ESR有关系 。这个纹波的频率与开关电源相同，为几十到几百KHz 。
另外，SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET，不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间 。这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz 。同样二极管D在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz 。这两种噪声一般叫做高频噪声，幅值通常要比纹波大得多 。
如果是AC／DC变换器，除了上述两种纹波(噪声)以外，还有AC噪声，频率是输入AC电源的频率，为50～60Hz左右 。还有一种共模噪声，是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器，产生的等效电容导致的 。因为本人是做汽车电子研发的，对于后两种噪声接触较少，所以暂不考虑 。
开关电源纹波的测量
基本要求：使用示波器AC耦合，20MHz带宽限制，拔掉探头的地线
1，AC耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形 。
2，打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果 。因为高频成分幅值较大，测量的时候应除去 。
3，拔掉示波器探头的接地夹，使用接地环测量，是为了减少干扰 。很多部门没有接地环，如果误差允许也直接用探头的接地夹测量 。但在判断是否合格时要考虑这个因素 。
还有一点是要使用50Ω终端 。横河示波器的资料上介绍说，50Ω模块是除去DC成分，  测量AC成分 。但是很少有示波器配这种专门的探头，大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量，影响暂时不清楚 。
上面是测量开关纹波时基本的注意事项 。如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量 。
在测量高频噪声时，使用示波器的全通带，一般为几百兆到GHz级别 。其他与上述相同 。可能不同的公司有不同的测试方法 。归根到底  要清楚自己的测试结果 。第二要得到客户认可 。
关于示波器：
有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因，无法正确的测量出纹波 。这时应更换示波器 。这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽只有几十兆，但表现要比数字示波器好 。
泰克公司有专门分开测量上述两种纹波(噪声)的软件，可以看一下参考资料5 。同样，关于示波器的接地，电源测试的相关知识，也可以看一下 。
开关电源纹波的抑制
对于开关纹波，理论上和实际上都是一定存在的 。通常抑制或减少它的做法有五种：
1，加大电感和输出电容滤波
根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比 。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波 。
同样，输出纹波与输出电容的关系：vripple=Imax/(Co×f) 。可以看出，加大输出电容值可以减小纹波 。
通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的 。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且ESR也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足 。
同时，开关电源工作时，输入端的电压Vin不变，但是电流是随开关变化的 。这时输入电源不会很好地提供电流，通常在靠近电流输入端(以BucK型为例，是SWITcH附近)，并联电容来提供电流 。
上面这种做法对减小纹波的作用是有限的 。因为体积限制，电感不会做的很大；输出电容增加到一定程度，对减小纹波就没有明显的效果了；增加开关频率，又会增加开关损失 。所以在要求比较严格时，这种方法并不是很好 。关于开关电源的原理等，可以参考各类开关电源设计手册 。
2，二级滤波，就是再加  LC滤波器
LC滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显，根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路，一般能够很好的减小纹波 。
【抑制或减少开关电源纹波的五种做法】采样点选在LC滤波器之前(Pa)，输出电压会降低 。因为任何电感都有一个直流电阻，当有电流输出时，在电感上会有压降产生，导致电源的输出电压降低 。而且这个压降是随输出电流变化的 。
采样点选在LC滤波器之后(Pb)，这样输出电压就是我们所希望得到的电压 。但是这样在电源系统内部引入了一个电感和一个电容，有可能会导致系统不稳定 。关于系统稳定，很多资料有介绍，这里不详细写了 。
3，开关电源输出之后，接LDO滤波
这是减少纹波和噪声  有效的办法，输出电压恒定，不需要改变原有的反馈系统，但也是成本 ，功耗  的办法 。任何一款LDO都有一项指标：噪音抑制比 。是一条频率-dB曲线 。
对减小纹波 。开关电源的PCB布线也非常关键，这是个很赫手的问题 。有专门的开关电源PCB 工程师，对于高频噪声，由于频率高幅值较大，后级滤波虽然有一定作用，但效果不明显 。这方面有专门的研究，简单的做法是在二极管上并电容C或RC，或串联电感 。
4，在二极管上并电容C或RC
二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数 。在二极管反向恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产生高频振荡 。为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络 。电阻一般取10Ω-100 Ω，电容取4.7pF-2.2nF 。
在二极管上并联的电容C或者RC，其取值要经过反复试验才能确定 。如果选用不当，反而会造成更严重的振荡 。
对高频噪声要求严格的话，可以采用软开关技术 。关于软开关，有很多书专门介绍 。
5，二极管后接电感（EMI滤波）
这也是常用的抑制高频噪声的方法 。针对产生噪声的频率，选择合适的电感元件，同样能够有效地抑制噪声 。需要注意的是，电感的额定电流要满足实际的要求 。比较简单的做法，不再详细解释 。
小结
以上是关于开关电源纹波，总结的一些内容，如果能加些波形就更好了 。虽然可能不太全，但对一般的应用已经足够了 。关于噪声抑制，实际中并不一定全部应用，重要的是根据自己的设计要求，比如产品体积，成本，开发周期等，选择合适的方法 。


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