电源技术中的DC/DC变换器中的噪声管理

开关式高密度DC/DC变换器的应用使人们不得不从根本上重新定义有关尺寸、性能和可靠性的标准.这些通常被称为“砖块”(brick)的功率元件为电源系统设计人员提供了前所未有的设计和开发上的灵活性.　　但是,因为这些变换器呈现出快速的电压和电流开关瞬态效应,从而产生传导和辐射噪声.因此,搞清楚变换器拓扑结构与生成噪声之间的关联是非常重要的.变换器拓扑结构　　现在所用的DC/DC变换器有几种不同的拓扑结构,但没有哪一种拓扑结构是在各个方面都高出一筹的.不过,在几种主要的拓扑结构中,准谐振零电流变换(ZCS)所产生的传导噪声比起传统的安装于电路板上的脉宽调制(PWM)变换器来要小得多.　　a)采用零电 电源技术中的DC/DC变换器在现代电子设备中扮演着至关重要的角色，特别是在高密度集成的“砖块”功率元件应用中。这类变换器提供了一种高效能、高灵活性的电源解决方案，但同时也带来了噪声问题，包括传导噪声和辐射噪声。理解和管理这些噪声对于保证系统性能和可靠性至关重要。 噪声的产生源自DC/DC变换器内部的快速电压和电流开关瞬态效应。在不同的拓扑结构中，噪声水平各不相同。常见的拓扑结构包括脉宽调制（PWM）变换器和准谐振零电流变换（ZCS）变换器。其中，ZCS变换器因其独特的运行方式，能够在降低传导噪声方面表现出优势。ZCS变换器利用零电流开关技术，使得电流波形接近正弦，减少了谐波噪声，同时降低了对寄生元件的激励，进而减小了寄生噪声。 在ZCS变换器中，其固定脉冲宽度和可变重复率的设计与PWM变换器的固定重复率和可变脉冲宽度形成对比，这导致了两种不同噪声频谱特性。ZCS变换器的高频成分较少，噪声分布更集中，对系统的影响相对较小。 此外，变压器的设计和封装也会影响噪声水平。通过优化输入和输出端的距离，可以减少因磁耦合引起的电耦合噪声。隔离度高的DC/DC变换器具有较小的输入-输出寄生电容，从而降低噪声。另一方面，二极管、MOSFET等元器件的热管理设计，如使用隔离衬底和铝制底板，虽然有助于散热，但也可能引入额外的寄生电容，增加噪声耦合。通过精确控制器件布局和间隙，可以有效抑制这些寄生效应，减少噪声产生。 总结来说，电源技术中的DC/DC变换器噪声管理是一项复杂而关键的任务。理解不同变换器拓扑结构产生的噪声差异，并通过优化设计、选择合适的拓扑结构以及控制元器件布局，可以显著降低噪声，提高电源系统的整体性能和稳定性。对于那些对噪声极其敏感或者空间有限的应用，选择低噪声的ZCS变换器可能是最佳解决方案。同时，持续的研究和发展将不断推动更先进的噪声抑制技术，进一步提升电源系统的效能。