如何抑制开关电源纹波的产生（电源技术）-综合文档

在探讨如何抑制开关电源纹波的产生时，我们首先需要了解开关电源纹波的种类及其产生的原因。开关电源纹波主要分为两类：一类是与开关频率相同的纹波，另一类是由于开关元件如晶体管或MOSFET在开关过程中的上升和下降时间以及二极管反向恢复瞬间产生的高频噪声。高频噪声通常频率更高，幅值也大得多。在AC/DC变换器中，还会存在AC噪声，其频率为输入交流电源的频率（50-60Hz）。另外，共模噪声是由于开关电源的功率器件使用外壳作为散热器时产生等效电容导致的。 在测量开关电源纹波时，应当采取一系列措施以确保测量结果的准确性和可重复性。使用示波器的AC耦合可以去除叠加在纹波上的直流分量，以便获得准确的交流波形。20MHz带宽限制可以避免高频噪声干扰测量结果。再次，拔掉探头的接地夹并使用接地环测量能够减少干扰。在某些情况下，示波器探头若非直接接触输出点，则应使用双绞线或50Ω同轴电缆进行测量。测量时还应考虑使用50Ω终端，并确认测试结果满足客户的要求。 开关电源纹波的抑制方法有几种，首先可以通过加大电感和输出电容的滤波值来减小纹波。电感中的电流波动大小与电感值成反比，而输出纹波与输出电容值成反比。因此，增加电感或输出电容的容量可以有效减小纹波。通常使用铝电解电容以达到大容量的目的，但由于其高频噪声抑制效果不佳及较大的等效串联电阻（ESR），通常会并联一个陶瓷电容来弥补。然而，电感的体积限制、输出电容增加到一定程度后的效果递减以及开关频率增加导致的开关损耗问题，都限制了这种方法的应用。 第二种方法是采用二级滤波，即在开关电源输出端再加一级LC滤波器。这种方法对于噪声纹波的抑制作用较为明显，但需要适当选择电感和电容的值，并选择合适的采样点。如果采样点位于LC滤波器之前，输出电压会有所降低，而采样点位于LC滤波器之后，则可得到期望的输出电压。但这种方法可能引入额外的系统不稳定因素，需要谨慎使用。 第三种方法是在开关电源输出后接线性稳压器（LDO）进行滤波。LDO可以有效地减少纹波和噪声，且不需要改变原有的反馈系统。但是，这种方法的成本较高，且功耗也较大。每款LDO都有其噪音抑制比指标，这是一条频率与dB值的关系曲线，通过这个指标可以了解其在不同频率下的噪声抑制能力。 针对开关电源纹波的测量和抑制，还需要注意测试设备的选择。数字示波器由于干扰和存储深度的限制可能无法准确测量纹波，而老式的模拟示波器可能在某些情况下表现得更好。针对特定频率的纹波和噪声，泰克公司提供了专门的软件以帮助准确测量。在选择示波器时，还需要考虑其探头带宽是否能够满足测量要求，因为市面上大多数标配探头的带宽在100KHz到10MHz之间。对于高频噪声的测量，则可能需要使用示波器的全通带，一般为几百兆到GHz级别。 在综合考量开关电源纹波的测量与抑制时，我们应当从原理出发，深入理解纹波的产生原因，并选择合适的抑制方法。同时，采用正确的测量工具和方法，确保能够准确评估开关电源纹波的影响，从而采取有效的抑制措施，以确保电源的稳定性和可靠性。