第一章 开关电源纹波的抑制方法
开关电源低频纹波的抑制方法
Ｃｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ Ｌｏ ｗ Ｆｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ Ｒｉ ｐ ｐ ｌ ｅ ｏ ｆ
Ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈｉ ｎ ｇ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｓｕ ｐｐ ｌ ｙ
ＷＡ Ｎ Ｇ Ｆ ｅ ｎ ｇ － ｊ ｕ ａ ｎ
王 凤 娟
（ 西安微电子技术研究所 电源设计事业部 ， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ７ ５ ）
摘 要： 讨论 了开关 电源 中的低 频纹 波产 生的原 因 ， 文 中对低频 纹 波的抑 制 方法进 行 了分析 ， 并进
行 了实验验证 。
关键词 ： 开 关 电源 ； 低频 纹 波 ； 抑制； 环 路
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — ０ ５ — ２ ３
度存在差异 。 某些纹波敏感设备需要电源的输出交
流纹波 被抑 制到 非常 低 的量级 。交流输 入 引起 的低
频纹波为交流市 电的倍频纹波 ， 根据傅立叶变换理
论 可知 ． 该类 低 频 纹 波 的 能 量 大 ， 且 可 成 为 高频 纹 波 的载 波信 号 ， 其 存在 将 导致 电源 的输 出纹 波 有效
２ ． ４ 后 级变 压器 的原 、 副 边之 间加 电容
在 变压 器 的原 、副 边 之 间安 装 容 量 合 适 的 电
容． 同样可以对低频纹波起到一定 的抑制作用 。值
得 注 意 的是 ， 该 电 容 一般 仅 选 耐压 高 、 容 量 小 的瓷
介 电容 。 ２ ． ５ 调整 后级 Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ变换 器 闭环增 益
开关 电源受体积 、 结构 、 成本等 因素制约 ， 输出 端一般无法安装能彻底滤除交流纹波 的足够大容
量 的电容 器 。 电源 的直 流输 出电平 上 大多 会 叠加 一 定 量级 的交 流纹 波分 量 。纹波依 频 率差异 可分 为两 种： 交 流 输 人 引起 的低 频 纹波 分 量 和具有 电源 开关 频率 的高频 开关 纹 波 。后 者 的能量 小 、 频率高， 在 电 源 的输 出端并 联 低 Ｅ Ｓ Ｒ 的小 容 量 高频 瓷 介 电容 即 可 达到 明显 的抑 制效 果 。而 前者 因其频 率 低 ， 能 量 大， 抑 制也 更加 复杂 和 困难 。 不 同 的 用 电设 备 对 电 源输 出交 流 纹 波 的容 忍
纹波抑制
• 低频纹波 • 低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。由于开关电 源体积的限制，电解电容的容量不可能无限制地增加，导 致输出低频纹波的残留，该输出纹波频率随整流电路方式 的不同而不同。 • 一般的开关电源由AC/DC和DC/DC两部分组成。AC/DC 的基本结构为整流滤波电路，它输出的直流电压中含有交 流低频纹波，其频率为输入交流电源频率的二倍，幅值与 电源输出功率及滤波电容容量有关，一般控制在10%以内 。该交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端 表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系 统的增益决定。
3、PCB layout要求 • 开关电源的PCB布线也非常关键，这是个很辣手的问题。 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。
b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环 调节器的参数，开环放大倍数过大有时会引起调 节器的振荡或自激，使输出纹彼含量增加，过小 的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含 量增加，所以调节器的开环放大倍数及闭环调节 器的参数要合理选取，调试中要根据负载状况进 行调节。 c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节，使延时 滞后降到最小，以增加闭环调节的快速性和及时 性，对抑制输出电压纹波是有益的
• 闭环调节控制引起的纹波噪声
2、抑制纹波的一般措施和方法 • 低频纹波的抑制 • 低频纹波抑制的几种常用的方法： a、加大输出低频滤波的电感，电容参数， 使低频纹波降低到所需的指标。 b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量 。
开关电源工作时，如何抑制纹波和减小高频噪声？
开关电源工作时，如何抑制纹波和减小高频噪声？
开关电源通过高频化的能量变换获得较高的能量转换效率，工作频率一般是几十KHz到上百KHz。
相对于线性电源，开关电源工作时的高频噪声是比较多的，纹波系数也相对较高，需要设计合适的滤波电路来抑制纹波和消除高频噪声。
电容滤波
在电源电路中，电容滤波是必不可少的。
在开关电源电路中，滤波电容的选择显得特别重要，特别是输出端的滤波电容。
由于工作频率较高，需要考虑电容的阻抗和频率特性，滤波电容容量并不是越大越好。
因为电源的频率提高后，电容值会急剧下降，所以选择滤波电容的时候我们需要考虑电容的ESR（等效串联阻抗）。
需要尽量使用ESR值小的滤波电容。
电容需要在工作频率内有较低的等效阻抗才会有良好的滤波效果。
选择电容时需要考虑开关电源的工作频率，输出电压，输出电流，电容容值大小可以参考前辈们的计算公式：C>0.289/{f×（U/I）× ACv}，ACv是纹波系数，单位是%。
LC滤波
电感有着通直流隔交流的特性，加入滤波电感对消除高频噪声有着非常好的效果。
电容和电感组合在一起使用效果更好。
如果有必要，我们还可以加入二级的LC滤波电路。
使用滤波电感时，需要根据开关电源的功率选择适当的功率电感。
LDO滤波
LDO（低压差线性稳压器）有一项噪声抑制比的指示，也有着很好的滤波效果，加入LDO后，纹波系数会大幅的降低，对抑制纹波和消除高频噪声非常有效。
关于开关电源纹波抑制的技术要点及措施
关于开关电源纹波抑制的技术要点及措施作者：吴凌云李瑞正来源：《数字技术与应用》2011年第12期摘要：开关电源是电子产品唯一不可缺少的部分，电源纹波是检测电源的重要指标。
纹波电压容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生较多的危害。
总之，纹波对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响。
本文阐述了开关电源纹波产生的原因以及在三种开关电源设计中降低输出纹波所采用的一系列措施，并对其有效性进行了理论分析。
关键词：开关电源纹波抑制中图分类号：TP303 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0205-021、开关电源的综述开关电源是一种电压转换电路，就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现AC/ DC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。
开关电源可以获得超过85%的能量转换效率，这意味着它比线性稳压电源又更好的能量转换效率。
开关电源也有一个很宽的电流和电压工作范围，主要的工作内容是升压和降压，广泛应用于现代电子产品。
开关电源实现电源的高频率、高效率、小体积、低成本。
高工作频率，可以提高动态响应，也是减少体积和重量的重要途径；高效率，减少热损耗，实现高功率密度；小体积，减少变压器，电感和电容的体积，同时还要兼顾高可靠性和低成本。
2、开关电源纹波的产生2.1 纹波纹波是由于直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。
2.2 纹波产生的过程一般的开关电源由AC/DC和DC/DC两部分组成。
AC/DC的基本结构为整流滤波电路，它输出的直流电压中含有交流低频纹波，其频率为输入交流电源频率的二倍，幅值与电源输出功率及滤波电容容量有关，一般控制在10%以内。
开关电源尖峰的抑制措施
开关电源尖峰的抑制措施电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
1 滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
1.1 电源进线端滤波器该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
各元器件的作用：（1）L1L2C1 用于滤除差模干扰信号。
L1L2 磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1 为电源跨接电容，又称X 电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3 用于滤除共模干扰信号。
L3，L4 要求圈数相同，一般取10，电感量2mH 左右。
C2，C3 为旁路电容，又称Y 电容。
电容量要求2200pF 左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4 不起作用，但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
一般wL >Rl，则：|UN/US|=0表明，对共模信号Ug 而言，共模电感呈现很大的阻抗。
1.2 输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC 滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二次LC 滤波电路。
LC 滤波电路中L 值不宜过大，以免引起自激，电感线圈一般以1～2 匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC 前馈采样网络。
如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
因为地线分布电感对抑制纹波极为不利。
导线长度l，线径d 与其电感量的关系为：L(μH)=0.002l[ln（4l/d)－1](2)2 二极管反向恢复时间引起之尖峰及其抑制以单端反激电源为例（见图4）Us 为方波，幅值为Um。
开关电源纹波分析及抑制(精华)
主题: 开关电源纹波的产生与控制开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。
电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。
交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。
电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。
但其输出端的低频交流纹波仍较大。
若要实现开关电源的低纹波输出，则必须对低频电源纹波采取滤波措施。
可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。
低频纹波抑制的几种常用的方法:a、加大输出低频滤波的电感，电容参数，使低频纹波降低到所需的指标。
b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。
2、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路，在电路中，通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的，在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波，其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关，设计中尽量提高功率变换器的工作频率，可以减少对高频开关纹波的滤波要求。
高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路，常用的方法有以下几种:a、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。
C、采用多级滤波。
3、由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容，导线存在寄生电感，因此当矩形波电压作用于功率器件时，开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。
减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容，并在输出侧加共模抑制电感及电容，可减小输出的共模纹波噪声。
减小输出共模纹波噪声的常用方法:a、输出采用专门设计的EMI滤波器。
b、降低开关毛刺幅度。
4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振，频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。
解读开关电源高低频波纹的产生原理与抑制方法
解读开关电源高低频波纹的产生原理与抑制方法
1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。
电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。
交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。
电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。
但其输出端的低频交流纹波仍较大。
若要实现开关电源的低纹波输出，则必须对低频电源纹波采取滤波措施。
可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。
低频纹波抑制的几种常用的方法:
a、加大输出低频滤波的电感，电容参数，使低频纹波降低到所需的指标。
b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。
如何抑制电源纹波
如何抑制电源纹波直流电压波动会产生纹波现象，叠加在直流上的分量称为纹波，在我们平常的应用中DCDC输出电源纹波过大对于正常工作的芯片可能会造成影响，严重的会导致CPU挂机，如：板载DDR颗粒的VDD纹波过大可能会使得CPU对于DDR的数据读写出错，CPU访问到非法地址空间造成芯片的挂机。
电源输出交流纹波可以视为是直流输出叠加一个交流成份；从图中可以看出，纹波中包括了两个交流成份：一个DCDC输出的纹波信号与一个高频噪声的叠加。
在龙芯3A3000手册中对于芯片的电源纹波有明显的规定。
因此对于DCDC输出电压的纹波抑制显得尤为重要。
根据BUCK电路输出纹波计算公式：减少DCDC输出纹波的几种方式如下：1、增大BUCK输出电容：增大输出电容容量也就是增大了电源系统所存储的能量，当CPU在加载过程中需要大电流提供时，电源平面上较大的电容即可为CPU 提供瞬时所需的能量，使得电压波动不大。
但是电容的选择也是很重要的，对于小电流电源平面（负载电流3A这种）可能增加些许陶瓷电容即可达到较好的需求，但是对于大电流电源平面（负载电流上百A这种），所增加的电容容量就会变得很大，此时ESR就变成了考虑对象。
通常CPU的核心电源都是低压大电流的，一般选择大容量低ESR的高分子铝电解电容，而不选择铝液体电解电容。
铝液体电解电容不同规格ESR如下：高分子铝电解电容不同规格EESR如下：基本上为mΩ级2、增大电源芯片的开关频率：提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波，但是过大的开关频率容易造成EMI辐射超标，因此开关频率最好还是选择一个合适的值。
3、增大输出电感：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。
所以加大电感值可以减小输出电源的纹波。
4、优化反馈环路设计：4.1、增加前馈电容因为电源的反馈断加入了前馈电容，所以与反馈电阻形成新的零点和极点，虽然Cff在其零点频率之后引入了增益提升，此处涉及较深的控制理论，此处不再展开叙述。
开关电源的尖峰处理及其抑制方法
开关电源的尖峰处理及其抑制方法电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
2滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
2.1电源进线端滤波器在电源进线端通常采用如图1所示电路。
该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
图中各元器件的作用：（1）L1,L2,C1用于滤除差模干扰信号。
L1,L2磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1为电源跨接电容，又称X电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3用于滤除共模干扰信号。
L3，L4要求圈数相同，一般取10，电感量2mH左右。
C2，C3为旁路电容，又称Y电容。
电容量要求2200pF左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4不起作用（见图2），但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
其等效电路如图3所示。
由等效电路知：令L1=L2=M=L，UN=RCI1同时RC RL，则：图1电源进线端滤波电路(1)一般ωL RL，则：。
式（1）表明，对共模信号Ug而言，共模电感呈现很大的阻抗。
2.2输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二次LC滤波电路。
LC滤波电路中L值不宜过大，以免引起自激，电感线圈一般以1～2匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC前馈采样网络。
图2共模电感对差模信号不起作用如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
行业技术分享：开关电源纹波的产生以及抑制
行业技术分享：开关电源纹波的产生以及抑制
开关电源纹波的产生
我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的最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。
开关电源中最简单的拓扑结构-buck降压型电源
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。
开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施
开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施第一篇：开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施一、在开关电源适配器输出端采用片式三端电容器与普通电解电容器组合改善滤波的高频特性。
开关电源适配器的输出端含有较大的噪声电压的峰-峰值，这是由于电解电容器在高频下的特性不完善所造成的。
因为电解电容在高频下可以用电容、电阻和电感三者的串联来等效，所以在高频下电容对噪声的旁路作用不在明显。
由于电阻和电感的存在，反而使噪声电压体现在开关电源适配器的输出端。
为了抑制开关电源适配器的输出噪声，通常有两个建议可供设计人员采用：1）将输出端的电解电容一拆为几，即将一个大容量的电解电容采用几个小容量电解电容并联来替代。
这一建议虽不能根本抑制噪声电压的产生，但用新办法所产生的信噪声电压的峰-峰值要比原来为小。
2）在电解电容旁边并联一个小容量的高频陶瓷电容器，利用高频电容在高频下所体现的低容抗，使输出噪声电压得到较大衰减（当然在印制电路板上的陶瓷电容也应该保持比较短的布线长度，保持尽可能小的线路阻抗）。
二、采用高性能的表面贴装滤波器。
采用表面贴装的高性能滤波器来改善输出电压噪声。
贴装滤波器内部电路等效为一个π型滤波线路，在开关电源适配器的输出端串上一个贴装高性能滤波器。
对比原来的输出噪声电压峰-峰值，会大幅减小，在示波器上，几乎显示为一条直线，说明输出电压的噪声已明显得到抑制，从而很好说明了表面贴装高性能滤波器在这个线路中的作用。
三、避免多个模块电源之间相互干扰。
当在同一块印制电路板上有多个模块电源一起工作，若两个模块靠得很近，模块电源本身是不屏蔽的，并且靠得很近，输出端也没有采用低阻抗的电容，而且两个模块离开实际的输出端子的距离又比较远时，则可能因为相互之间的干扰使输出噪声电压增加。
为避免这种相互干扰，可采用屏蔽措施，或将它们的安装位置适当远离，以减小相互之间的影响。
四、在开关电源适配器的输出端增加一级低压差线性稳压电路。
开关电源纹波和噪声的抑制
图9 为一个贴片封装的铁氧体磁珠的典型阻抗频率特性。铁氧体磁珠有一个很小的直流阻抗，使它通过直流电流对系统的效率有很小的影响。它还在变换器出现高频噪声的频带内拥有很大的阻抗。从曲线中可以看出，频率在200 MHz 以上时阻抗大于100 Ω. 在应用了铁氧体磁珠的例子中，有500mA 的额定电流和0.3 Ω 的直流阻抗，这就使附加器件的损耗可以降到最低。
开关电ห้องสมุดไป่ตู้纹波和噪声的抑制
1 纹波和噪声
纹波和噪声电压通常出现在交流电压信号加到DC/DC 变换器的直流输入输出电容器上。SMPS的输出噪声可分为纹波和噪声。纹波就是开关电源充放电时输出电压的波动；噪声就是发生在基频平均值的尖峰，通常称为RMS 噪声。纹波电压波形描述了输入输出电容器的充放电的结果，在最大负载时是极大的。高频噪声尖峰出现在SMPS 的开通和关断时刻，。当在100 MHz 或以上时，不论电容器值的大小，阻抗都呈感性并且很相似。因此，在Buck 电路的输入电容上并联一个较小值的陶瓷电容器并不能有效地减少这种高频噪声。
由于陶瓷电容器在出现噪声的频段内呈感性，因此需要一些用于衰减的元件。在大多数情况下，这些元件仅会在PCB 印制板的走线上产生阻抗。在62 mil FR4 电路板上50 mil 宽2 盎司铜走线的阻抗典型值每英寸约为11 nH. 容量为1 μf、封装为0603的陶瓷电容器的典型感抗约为0.5 nH. 在100 MHz高频输入噪声时，这相当于21 dB 或减少1/12x. 在实际应用中总是期望能得到更多的衰减，但噪声频率决定了L/R 网络的衰减量。加铁氧体虽可增加高频阻抗，但可使直流损耗降到最小。通过实验，测试给出旁路电容对纹波的抑制(。
3 结 论
详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法
详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法
开关电源具有效率高、输出电压可调范围大、损耗小、体积小、重量轻等特点，得到了广泛的应用。
由于开关电源体积小，输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大，如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。
本文通过对Buck电路的分析，找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。
纹波的定义
Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。
通常情况下，开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电，经高频开关变换由变压器降压，经高频二极管整流滤波后，得到稳定的直流电压输出。
其自身含有大量的谐波干扰，同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源，这些尖峰就是输出纹波。
输出纹波主要来源于4个方面：低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。
Buck电路产生纹波的机理及计算
1、纹波电流计算
电感的定义：
λ为线圈磁链、N为线圈匝数、i为流经线圈的电流、Φ为线圈磁通。
如果。
开关电源低频纹波的抑制方法
十 ｏ ｕ — —
＼ ＼
＝ Ｇ ｄ Ｌ Ｃ 滤 波 器 ） ＋ Ｇ （ Ｐ ｗ Ｍ 调 制 器 ） ＋ Ｇ 。 （ 输 出 电 压 采
。
＋ ４ Ｏ — —
＋２ Ｏ ＿ —
＼ ＼ ＼ ＼
ｌ Ｉ Ｉ ｌ 率
（ １ １
３ 中， 在剪切频率工 处 ， 误差放大器 的增益 为 Ｇ 。 的
ｌ 整后 级 Ｄ Ｃ／ Ｄ Ｃ 变换 器 闭环增 益
ｌ ｌ
Ｃ ２ ｌ
ｌ
广 — ］
３ 为一个典型的系统伯德 图。 在进行电源反馈环路
ｌ Ｉ Ｃ１
１ ． ． ． ． ． ． ． ＿ － Ｊ Ｒ２
陂 般 敞 应 樯 使 ， Ｉ 、 低 硎 频 北 段 告 的 开 环 增 亚 益 尽 前 可 能 蠕 的 立 大 ｒ ， 这 士 样 低 。 ‘ Ｖ 州 广 ｌ ’’ ０ 工 ＾ 刀’ 一 — ｒＪ ｃ ｏ
线 上升 的转 折频 率为 （ 零点） ， 下 降 的转折 频 率为 （ 极 点） 和． 的位置决定系统的相位裕量。
图 ３中的增益 特性 可 以用 图 ４所示 具有一个 输入 电
图 ５ 频率转折点与 系统特性 关系图
纹波的有效值较大是 由于原 边的低频 脉动传至副边 ．
而反馈 回路 的调 整能 抑制低 频脉动 ，将反 馈 回路 进行调 整， 纹波有效值有 明显改观 ， 但是电源可能会 出现振荡 。在 伯德 图上可 以看出 ， 要抑制 低频纹 波 ， 需要 提高低 频 的增 益， 但这 样会使裕 度减小 ， 因此在进 行环 路参数调 整 时只
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ＆ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ研 究 与设 计
变期 嘲 ＷＷｗ． ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｂｉ ａ ｎ ｐ ｉ ｎ． ｃ ｏ ｎ ｒ
Buck电路开关电源纹波的抑制方法
中心议题：Buck电路开关电源纹波的定义Buck电路产生纹波的机理及计算影响纹波的因素分析及抑制措施
解决方案：考虑开关频率、L和C的取值降低ESR
开关电源具有效率高、输出电压可调范围大、损耗小、体积小、重量轻等特点，得到了广泛的应用。由于开关电源体积小，输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大，如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。本文通过对Buck电路的分析，找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。1 纹波的定义Buck类型开关电源的拓扑结构。
通常情况下，开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电，经高频开关变换由变压器降压，经高频二极管整流滤波后，得到稳定的直流电压输出。其自身含有大量的谐波干扰，同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源，这些尖峰就是输出纹波。输出纹波主要来源于4个方面：低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。
为常数，所以可以用替换，代入式（4）并整理得：可以认为Δi就是电感线圈中的纹波电流，将导通和关断状态时的时间和电压式（2）和式（3）代入上式，分别写出导通状态和关断状态时的纹波电流表达式：Δion为导通状态纹波电流；ton为导通时间；Δioff为关断状态纹波电流；toff为关断时间。在电源稳定工作时， ΔiL为线圈上纹波电流的绝对值。将式（5）和式（6）代入式（7），整理得：进而得出：fs为开关频率。将式（8）代入式（5），得：式（9）即为纹波电流的表达式。2.2 纹波电压计算注意到在输出部分，电感电流在电容C和负载之间分割，有：设在稳态下，输出到负载的电流不变。所以有：这也是一种近似，因为就算是负载恒定不变，由于电压纹波的影响，电流也会改变的，但由于这个变化量和ΔiL相比很小，所以在此忽略。如果不忽略，也可以推导出更复杂的表达式。ΔiC加之于C就会产生纹波电压。首先计算第一部分。当ΔiC流过理想电容C时，在C两端产生的电压变化：取积分下限为ton/2,积分上限为toff/2,计算积分得：计算第二部分，对于一般电容，都具有串联等效电感和串联等效电阻（其实还有并联等效绝缘电阻）。串联等效电感只在较高频率时起作用，在分析开关频率时可以将其忽略，但必须考虑的是串联等效电阻ESR.电流ΔiC流过ESR时，会在ESR两端产生电压降，其值为：ΔVESR也会作为纹波的一部分表现在输出端上，所以总的纹波表达式为式（10）和式（11）的和，即：Vro为总纹波；ESR为C的等效串联电阻。式（12）即是Buck类型开关电源的纹波电压的近似表达式，其中的每个变量都是影响纹波的因素，调整这些变量就是调整纹波的主要方法。3 影响纹波的因素分析及抑制措施根据式（12），逐一分析影响纹波电压的因素1）首先观察括号内的因素：试取一个典型的值计算一下，如fs=300kHz,C=470μF,可知为尽管对于ESR的计算要考虑很多因素，一般情况下，电解电容和若干陶瓷电容并联后的等效电阻ESR在十几到几十mΩ之间，由此可见ESR是纹波产生的主要因素，并且C取值的增加不会显着改变纹波。2）其次观察等式右边的前半部分如果L或者fs增大，则Vro变小，可以减小纹波，即增大电感的值和提高开关频率可以降低纹波。3）最容易忽略的是输出电压和纹波的关系。考察Vo对Vro的变化率。在所有其他因素都不改变的条件下，将Vro对Vo求导，可得：其中：令有，此时电源输出的纹波最大。Vo无论大于还是小于这个值，纹波都将减小。由该规律可以推算输出电压调整的电源模块的纹波。4）在实际工作中，一切可以调整的因素都是相对稳定的，并且带有一定的实际工作误差。因此在考虑开关频率、L和C的取值的时候，要考虑干扰因素，选取受到很多因素影响的一个折中的结果。调整这些取值要考虑其他制约因素，下面列举一些制约因素，在调整参数时需要注意：a）提高开关频率将使系统功耗增大，电源效率降低，温度升高，带来散热问题。b）开关频率受到开关管、控制芯片、二极管及其他因素的限制，不能无限提高。c）提高L的值会使电感体积增加，成本增加，而电感的选择面是比较窄的。d）无论是修改L、C或是开关频率，都要注意电源的稳定性。通过上述分析可以得知，降低ESR可以降低纹波干扰，即在实际通常使用电解和若干瓷片电容并联的方法降低输出C的ESR,进而降低纹波干扰。4 结语本文通过对Buck电路中元器件的计算公式，推导出纹波电压、电流的计算公式。根据影响因素，对电感量、电容量的选择进行分析比较，从而得出纹波的抑制方法。然而问题并没有完全解决，下面的问题更加值得关注与了解：1）各类电解电容和各类薄膜电容的ESR特性是什么；2）各类电容的ESR受哪些因素的影响；3）如何估算电容并联的ESR;4）输出电容的相对位置对ESR有何影响。前两个问题可以通过基本的性能实验求解，第三个问题则需要使用解析和仿真的方法来进行解决，而第四个问题就需要加强基础和理论深入的研究。
开关电源的电磁干扰及噪声抑制方法
开关电源的电磁干扰及噪声抑制方法开关电源是现代电子应用中常见的一种电源形式，其工作原理是通过开关管开关控制输入电压的大小和频率以实现电压转换。
但是，开关电源在工作过程中会产生电磁干扰和噪声，对其他电子设备的正常工作产生影响。
因此，为了抑制开关电源的电磁干扰和噪声，在设计和使用开关电源时需要采取一些措施。
首先，开关电源产生的电磁干扰主要包括导向式干扰和辐射式干扰。
导向式干扰是指开关电源通过引线或线路对周围设备产生的电磁干扰，辐射式干扰是指开关电源通过电磁波辐射对周围设备产生的干扰。
对于导向式干扰，可以采取以下措施进行抑制：1.滤波器：在开关电源的输入和输出端加装滤波器，用于滤除高频噪声和电磁干扰。
常用的滤波器有LC滤波器、RC滤波器和Pi型滤波器等。
2.输入电源线路的处理：尽量缩短输入电源线路的长度，采用屏蔽线材，减小电磁干扰的传播路径。
同时，在输入电源线上添加额外的滤波电容和电感，抑制高频噪声。
3.地线处理：通过合理布置地线，减小接地电阻，提高地线的抗干扰能力。
将开关电源的地线与其他设备的接地点连接，共用同一个地线。
对于辐射式干扰，可以采取以下措施进行抑制：1.屏蔽：在开关电源的外壳上添加金属屏蔽罩，减少电磁辐射。
金属屏蔽罩应与开关电源的地线连接，以形成完整的屏蔽。
2.PCB设计：在开关电源的PCB板设计中，合理布局信号和电源线路，减小线路的长度。
同时，采用地平面和电源平面屏蔽，减少信号线和电源线的交叉和干扰。
3.使用低频率开关管：低频率工作的开关管辐射干扰较小，可以有效降低开关电源的电磁辐射干扰。
此外1.选择合适的元器件：选用带有防干扰措施的元器件，如具有抗干扰特性的电解电容和电感器件，减小干扰的产生和传播。
2.电源输出滤波：在开关电源的输出端添加滤波电容和电感，减小输出电压的纹波和噪声。
3.接地处理：通过合理的接地设计和连接方式，减小接地电阻，提高接地抗干扰能力。
4.EMI滤波器：在开关电源的输入端和输出端加装EMI滤波器，进一步滤除高频噪声和电磁干扰。
DC-DC电源中的纹波抑制设计
DC/DC 电源中的纹波抑制设计
开关电源以其体积小、效率高等优点在通信设备中得到了广泛应用。
但对于输出电压纹波要求较小的场合，传统开关电源设计的输出电压纹波较大，已不能达到设计要求。
而通过采用本文的有源滤波器及其前端加入LC 低通滤波器网络的方法，则能够对纹波进行有效抑制，从而达到设计所需要的指标。
实验结果表明，该方法具有一定的理论与实际意义。
1 有源滤波器原理
有源滤波器的设计原理图如图1 所示，图中采用了一个运算放大器、四个电阻和两个电容来构成有适当阻尼的二阶有源低通滤波器。
开关电源输出纹波的抑制和测量-6页精选文档
开关电源输出纹波的抑制和测量2009年08月10日星期一 20:27开关电源输出纹波的测量和抑制专业技术2009-04-20 10:00 阅读59 评论0字号：大中小开关电源输出纹波的测量和抑制时间:2009-04-14 来源: 作者:Lyd 点击：108 字体大小:【大中小】最近在搞一个开关电源，输出纹波是比较头疼的一个方面，所以趁此机会稍微总结一下。
找了些资料，整理下，包括纹波的产生，测量和抑制。
开关电源纹波的产生我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的最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。
上图是开关电源中最简单的拓扑结构-buck降压型电源。
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：1.使用示波器AC耦合2.20MHz带宽限制3.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。
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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 一级LC滤波器
（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。
ga678ki99k 电解电源 高频开关
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-100Ω，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。
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。
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。
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。
Байду номын сангаас
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。
第一章 开关电源纹波的抑制方法
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5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。
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最有效 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 本最高，功耗最高的办法。任何 一款LDO都有一项指标：噪音抑制 比。是一条频率-dB曲线，如右图 是凌特公司LT3024的曲线。