开关电源纹波的产生与抑制

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dcdc电源纹波产生原理

dcdc电源纹波产生原理DC-DC电源，也称为开关电源，在现代电子设备中扮演着至关重要的角色。

它通过一系列的转换过程，将输入的直流电压转换成稳定的输出直流电压，为各种电子设备提供所需的电力。

然而，在实际应用中，我们常常会遇到电源输出电压中存在一种被称为“纹波”的交流分量。

那么，纹波是如何产生的呢？首先，我们需要了解纹波的基本概念。

纹波电压是指在直流电源输出时，叠加在直流稳定量上的交流分量。

用示波器观察时，会看到电压上下轻微波动，就像水纹一样，因此被称为纹波。

DC-DC电源纹波的产生主要源于以下几个方面：1. 开关频率与MOS开关：在DC-DC电源中，buck电路的MOS开关以几十M的频率进行开关动作。

这种快速的开关动作会产生与电源开关频率同步的纹波，其频率范围通常为几十kHz至几MHz。

2. 寄生电感和电容：在所有实际的PCBA电路中，不可避免地存在寄生电感和电容。

这些寄生元件与电源系统的阻抗共同形成了一个低通滤波器，导致电感电流纹波通过输出电容的寄生电阻ESR形成压降，从而产生了纹波。

3. 开关管的导通与截止：在实际的DC-DC电源中，开关管的导通和截止瞬间会产生高频纹波噪声。

这种噪声的幅值与寄生参数、PCB布局以及PCB材质有着密切的关系。

4. 输出电容的充放电：由于实际的DC-DC电路不能做到瞬时响应，当负载电流快速变化时，输出电容的充放电会导致输出电压快速变化，从而产生纹波噪声。

5. 滤波性能不足：对于AC-DC开关电源来说，如果电路的滤波性能不佳，输出的直流电压中可能含有较大的交流分量，导致纹波的产生。

为了减小纹波的影响，我们可以采取以下措施：1. 使用容量更大的滤波电容：在条件和成本允许的情况下，尽可能使用容量大的电容。

这样可以使滤波电容C有足够的储能来减小脉动电压的变化幅度，从而减小纹波。

2. 增加π形LC滤波电路：如果纹波的大小仍不达标，交流分量较大，可以在输出端增加一个π形LC滤波电路。

开关电源输出纹波标准

开关电源输出纹波标准
一、纹波电压
纹波电压是指开关电源输出电压中的交流成分，其幅度和频率都是随着负载的变化而变化的。

根据不同的应用场景，纹波电压的标准也不同，一般要求纹波电压低于输出电压的5%以内。

二、纹波频率
纹波频率是指开关电源输出纹波电压的频率，一般为几百千赫兹到几兆赫兹。

在某些应用场景下，需要关注纹波频率是否与系统中的其他信号频率产生谐振，以避免对系统产生不良影响。

三、纹波系数
纹波系数是指开关电源输出纹波电压与输出直流电压的比值，一般要求低于5%。

该指标可以用来评估开关电源的输出质量。

四、噪声电压
噪声电压是指开关电源输出端子上的随机噪声，一般要求低于输出电压的1%以内。

该指标可以用来评估开关电源对外部干扰的抑制能力。

五、交叉调整率
交叉调整率是指开关电源在负载变化时，输出电压和电流的变化率。

该指标要求越小越好，以保证开关电源在负载变化时能够稳定工作。

六、启动特性
启动特性是指开关电源在启动过程中的性能表现。

要求开关电源在启动过程中，输出电压和电流能够快速达到稳定状态，同时避免产生过大的启动冲击电流或电压。

七、效率
效率是指开关电源输出的有功功率与输入的有功功率的比值。

高效率意味着更少的能量损失和更低的散热需求。

一般要求开关电源的效率在80%以上。

八、保护功能
保护功能是指开关电源本身具备的保护功能，如过流保护、过压保护、欠压保护等。

这些保护功能可以保证开关电源在异常情况下能够自动切断电源或报警，从而保护系统和设备的安全。

开关电源常见尖峰的产生原因和抑制方法

开关电源的尖峰干扰及其抑制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。

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。

电源纹波方案

电源纹波方案概述在电子设备的设计和开发过程中，电源纹波是一个重要的考虑因素。

电源纹波是指在电源输出中存在的交流信号，通常由电源中的开关元件开关造成。

在一些敏感的电路和系统中，电源纹波可能导致噪声干扰和性能问题。

因此，为了确保电子设备的稳定工作和性能，需要采取相应的电源纹波方案。

本文将介绍电源纹波的原因和影响，以及一些常用的电源纹波方案。

电源纹波的原因电源纹波的主要原因是电源中的开关元件的开关行为。

当开关元件关闭时，其输出电压开始下降；当开关元件打开时，输出电压开始上升。

这种开关行为导致输出电压的快速变化，从而产生纹波信号。

除了开关元件，电源纹波还可能由电源的电容和电感以及负载电流的变化引起。

电源纹波的影响电源纹波可能对电子设备的性能和稳定性产生不良影响。

以下是一些可能的影响：1.噪声干扰：电源纹波可以在电子设备中引入噪声，干扰其他电路的正常工作，特别是在信号处理和放大器电路中。

2.时序问题：在一些时序敏感的电路中，电源纹波可能导致时序偏移或错误，从而影响电路的正确功能。

3.性能下降：电源纹波可能导致电子设备的性能下降，例如导致信号失真、动态范围减小等问题，从而影响设备的整体性能和用户体验。

因此，为了避免这些问题，需要采取适当的电源纹波方案来减小电源纹波的幅度。

常用的电源纹波方案以下是一些常用的电源纹波方案：1. 线性稳压器线性稳压器是一种常用的电源纹波解决方案。

它通过使用电容器和电感器来过滤电源纹波信号，从而稳定电源输出。

线性稳压器的主要特点是简单可靠，但效率相对较低。

2. 开关稳压器开关稳压器是另一种常用的电源纹波解决方案。

它通过使用开关电源技术来实现高效的纹波过滤。

开关稳压器通常具有较高的效率和较小的尺寸，但对于一些敏感的应用，可能需要进一步的滤波措施。

3. 滤波电容器滤波电容器是一种简单有效的电源纹波滤波方案。

通过在电源输出端并联一个合适的电容器，可以显著减小电源纹波的幅度。

滤波电容器通常用于较低功率的应用，并且需要根据具体设计条件选择合适的电容器参数。

降低开关电源纹波的三个要素

降低开关电源纹波的三个要素
开关电源要降低纹波主要要在以下三个方面下功夫：
1、储能电感。

储能电感在工作频率下的Q值越大越好，许多人只留意到电感量，其实Q值的影响要大得多，电感量只要满意要求允许在很大范围内波动。

2、滤波电容。

滤波电容的ESR和ESL是特别重要的参数，越低越好，仅追求容量是远远不够的，当然在满意足够低的ESR和ESL的前提下，容量大些较好。

开关电源的滤波电容优选X7R或X5R电容与钽电解的组合，纹波稍放宽可用Y5V电容和瘦高外观的铝电解(低ESL 型)协作。

3、PCB设计。

开关电源的PCB设计特别重要，在前两个条件都满意时假如纹波参数还是达不到手册中载明的数值，问题就可以确定是出在PCB上，开关电源芯片的取样及滤波回路的设计特别讲究，PCB 分布参数会导致调整误差或滤波效率变差，严峻时甚至可能导致自激(一般在特定的负载强度下发生)，故不得不查。

原则是取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC，PCB走线不行太长、太细，类似的储能电感也有同样原则，只是影响稍小，布局、走线不利相当于降低了电感的Q值。

最终要说的是，因开关电源IC的内电路设计不同纹波指标也是不同的，多数状况下，开关频率高的简单获得较低的纹波，但价格及对外围元件的要求相对更高，所以要依据需要合理选择，够用即可，
否则要付出不必要的成本，器件手册的认真阅读及理解是第一步。

开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法

开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法关键字：噪声纹波开关电源本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。

纹波和噪声产生的原因开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。

纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。

每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。

纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI)，它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。

开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。

噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。

噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。

利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。

纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。

纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。

图1 纹波和噪声的波形纹波和噪声的测量方法纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一，因此如何精准测量是一个十分重要问题。

目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法，它能精准地测出纹波和噪声电压值。

由于开关电源的品种繁多(有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等)，但是各生产厂家都采用示波器测量法，仅测量装置上不完全相同，因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准，即企业标准。

用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。

它由被测开关电源、负载、示波器及测量连线组成。

有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。

图2 示波器测量框图从图2来看，似乎与其他测波形电路没有什么区别，但实际上要求不同。

关于开关电源纹波抑制的技术要点及措施

施。
３、开关电源纹波的抑制
对于开关电源中的升压电路、降压电路和反相开关稳压电路三种电路中纹波抑制方法进行阐述。３１降压型开关稳压器．
当输出电压比输出电压低时，采用降压型稳压器，图２如所示。当控制元件接通时，存储能量，向负载提供电流且向滤波电容充Ｉ＿并电。当控制元件关闭时，存储在Ｌ的能量释放，向负载提供电流又既２、开关电源纹波的产生继续对Ｃ充电一～当控制元件关闭且Ｌ电完后，，，放ｃ的能量用来维持对负载供电。２１纹波．本电路的改进方式是利用Ｌ滤波器对噪纹波的抑制作用（Ｃ图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２）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，－１，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般能够很好的减小纹波。份，种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。这调制器采样点选在ＬＣ波器之前（，出电压会降低。滤Ａ）输因为任何电感都有一个直流电阻，当有电流输出时，电感上会有在压降产生，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。调制器采样点选在Ｌ滤波器之后（）这样输出电压就是我们ＣＢ，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。３２升压型开关稳压器．
换器的变比和控制系统的增益决定。例如：对普通２Ｖ电源来说，４电压型控￣ＤＣＤＣＪｔ／变换器的纹波抑制比一般为４～５ｄ其输出端５０Ｂ，的低频交流纹波有效值为６－１００２ｍＶ。电流型控￣ＤＣＤＣＪｒ／变换器的纹波抑制比稍有提高，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，必须对低频电源纹波采取滤波措则

开关电源纹波的产生原因及抑制方法

开关电源纹波的产生原因及抑制方法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。

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，精确测量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。

开关电源的纹波和噪声

本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。

一．纹波和噪声产生的原因开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。

纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。

每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。

纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。

开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。

噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。

噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。

利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。

纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。

纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。

图1 纹波和噪声的波形二．纹波和噪声的测量方法纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一，因此如何精准测量是一个十分重要问题。

目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法，它能精准地测出纹波和噪声电压值。

由于开关电源的品种繁多（有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等），但是各生产厂家都采用示波器测量法，仅测量装置上不完全相同，因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准，即企业标准。

用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。

它由被测开关电源、负载、示波器及测量连线组成。

有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。

图2 示波器测量框图从图2来看，似乎与其他测波形电路没有什么区别，但实际上要求不同。

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。

纹波产生的原因和计算

有关“纹波”产生的原因和计算
纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象。

具体来说，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分，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波。

纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示，可以用绝对量，也可以用相对量来表示。

有关“纹波”产生的原因如下：1.开关电源的输出不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这是由开关电源的工作原理
决定的。

2.滤波环节处理不当。

在实际的开关电源中，由于滤波环节处理不当，导致纹波系数较大。

开关电源的纹波是随机信号，随着时间变化在直流输出电平上来回波动。

3.负载变化会引起纹波的产生。

在实际的开关电源中，由于负载的变化，会引起纹波的产
生。

4.开关电源输出端滤波电容容量减小、阻抗增大。

随着开关电源运行时间增加，开关电源
输出端滤波电容容量减小、阻抗增大，导致纹波系数较大。

5.开关电源的开关管、电子元件的参数不够理想，也会导致纹波的产生。

至于纹波的计算，通常可以采用绝对量和相对量两种方式来表示。

绝对量即使用有效值或峰值来表示，而相对量即用纹波系数来表示。

纹波系数可以通过将纹波的有效值或峰值与输出电压的有效值或峰值进行比较来得出。

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。

在开关电源或者模块电源输出后再加一个电压差线性稳压电路，能大幅度地降低输出噪声，以满足对噪声有特别要求的电路需要，输出噪声可达微伏级。

电源纹波的产生、危害、测量和抑制

1 引言对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源，但是它除了提供能量外，也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。

纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响，在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波.为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。

2 电源纹波纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。

狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分.纹波用示波器可以看到,在直流电压上下轻微波动,就像水平面上波动的水纹一样，所以被称为纹波（见图1）。

图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形2。

1 电源纹波产生我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类,输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压后得到.由于滤波不干净，直流电压中含有交流成分，这就产生了纹波.纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅不是定值,随时间而变，不同电源的纹波波形不一样。

产生电源纹波的因素有许多，即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。

线性电源由于我国供电频率是50Hz，所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器，纹波电压的频率常常是50nHz,n取自然数，大小取决于整流电路的类型。

对于半波整流,是1;对于全波整流,是2;对于三相全波整流,是6,即300Hz。

所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ或它的整数倍，幅值小，较易滤除，通常纹波可做到几mV。

如假定整流桥输出负载电流IL，负载电压VL，整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f，则其输出的纹波电压由表1各式计算.表1 整流纹波电压采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压，一般表示为：△U＝ILsin2wt／（2wC) （1）从式（1)中可以看出，纹波频率为输人频率的两倍,其幅值正比于变换器的输出电流，反比于输人电压频率和平滑电容的大小。

Buck电路开关电源纹波的抑制方法

BucБайду номын сангаас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。

PCB布线与纹波关系以及开关电源波纹的产生、测量与抑制

PCB布线与纹波关系以及开关电源波纹的产生、测量与抑制一、PCB布线与纹波关系布局：脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。

脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。

输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。

Y电容应放置在机壳接地端子或FG 连接端。

共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。

如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。

输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。

发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。

总的讲这三种手段都是增大PCB的电流承载能力，我觉得走线第一位的是缩短长度，这样是减小板上寄生电感的最有效办法。

如果长度定了在综合考虑的话，搪锡是最可取的：搪锡对于设计者容易实现，只要在阻焊层上开窗就行了，不用和PCB厂商最什么特殊接洽也没有附加费用，默认的PCB防氧化工艺就是热风整平，就是喷上锡用热风吹一下。

搪锡的缺点是裸露容易短路。

增加铜箔厚度的话就需要使用特殊的板料，一般都是1oz的板材。

如果需要加厚一般采用二次覆铜，二次铜皮强度低容易剥离。

需要与PCB厂家说明同时可能需要增加费用。

大面积覆铜，对于电压变化不频繁的网络可以，比如地线，或者稳压输出端，对于开关动作中电压波动大的地方不适合大面积覆铜，这样变化的电场回产生磁场，磁场再产生电场。

对就是电磁辐射。

那就是空间干扰。

同样影响性能。

二、开关电源纹波的产生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。

开关电源的纹波

开关电源的纹是要看输出电压额定值是多少。一般纹波和噪声要控制在5%以内。对于大电压，像12V,24V,48V，纹波可以控制在100mV以内
减小纹波电压，可通过提高输出滤波电容或者输出电感。反激式开关电源可省去输出电感。开关电源的输出滤波电容，不是以计算为主，而是以实际情况来决定。有时候减小纹波电压，不只是依靠增加输出滤波电容的容量来达到，根据实际输出纹波电压波形的特点，可以通过增加输入滤波电容的大小或者改变输出反馈网络的参数来达到。
开关电源的纹波
输出纹波一般在100mv左右,最好控制在50mv
如果纹波是50Hz或者是100Hz有效值波形，那很可能是输入滤波大电解小了，如果纹波是开关频率的有效值波形，那是输出电感或者输出电解小了，如果纹波是高频波形，那可能是反馈电路的元器件参数不对，当然也有可能是线路板排板走线不好，开关管或者整流管与电路配置不佳产生的。原因很多，关键要看纹波的具体波形。