开关电源纹波的几种抑制方法
关于纹波测试的相关问题
关于纹波测试的相关问题对于纹波测试是一个老生长谈的问题.个人总结如下:1, 电源输出纹波的分解为,首先是工频和整流频率50HZ,100HZ及期整数倍的谐波部分;其次是开关纹波部分,即PWM产生的开关纹波,一般在30KHZ~500KHZ,根据开关频率不同而不同;第三是噪声和杂讯电压信号;对于AC/DC的测试,通常会采用加电解电容和电阻滤波47UF,1Koum等不同的方法.具体操作和原理如下:一所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。
经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S 。
问题：如何测量电源纹波？回答：可以先用示波器将整个波形捕获，然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动测量或光标测量均可)，同时还要利用示波器的FFT功能从频域进行分析。
1．最大纹波电压。
在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。
2．纹波系数Y（%）。
在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既y=Umrs/Uo x100%3．纹波电压抑制比。
在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输出电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即：纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。
这里声明一下：噪声不同于纹波。
纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的1%左右。
纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的2%以下。
二．纹波噪声（涟波杂讯电压）（Ripple & Noise）%，mv2．1定义：直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。
基于Buck电路的开关电源纹波的计算和抑制
开关 电源 具有效 率 高 、 出电压 可调 范 围大 、 输 损 耗小 、 积小 、 体 重量轻 等特 点 ， 到 了广泛 的应用 ． 得 由
于 开关 电源体 积小 ， 出直 流 电压 的 纹 波含 量 比同 输
这便 是大 家所熟 知 的电感 电压 降 回路 方程 ＿ ． １ ］ 现在 假 设对 于 每个 单 独 的开 关 周 期 ， 在开 关 管
导 通状 态 和关断 状态 ， 输入 输 出电 压都 基 本 没 有变 化 ， 以写 出导通 状态 和关 断 状 态 时 的 Ｌ两 端 的 电 可
压．
［ 章 编 号 ］１ ０ — ４ ８ （０ ７ ０ ～０ ２０ 文 ０ ３ ６ ４ ２ ０ ）５０ ２—３
基于 Ｂ ｃ ｕ ｋ电路 的开 关 电源 纹 波 的计 算 和抑 制
刘郑 辉 ，席 自强
（ 北 工业 大 学 电 气与 电子 工程 学 院 ，湖 北 武 汉 ４ ０ ６ ） 湖 ３ ０８
电磁 干扰 源 ， 些尖 峰就 是输 出纹波 ． 出纹波 主要 这 输
不计 ， 以得到 可
一
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和
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不 Leabharlann 来 源于 ４个方 面 ： 频纹 波 、 低 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．
维普资讯
第 ２ ２卷 第 ５期
刘 郑 辉 等 基 于 Ｂ ｃ ｕ ｋ电路 的 开 关 电 源纹 波 的计 算 和抑 制
２ ３
一
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阻 ） 串联 等效 电感 只 在 较 高频 率 时 起 作 用 ， 分析 ． 在
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。
抑制开关电源纹波的5种方法
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。
抑制开关电源纹波的5种方法
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。
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。
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。
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。关于系统稳定，很多资料 有介绍，这里不详细写了。
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。
BUCK电路降纹波的详解
详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法2013-10-11 09:51 来源：电源网作者：云际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。
如果式(1)两端以时间t为变量进行微分计算，可得：这便是大家所熟知的电感电压降回路方程。
现在假设对于每个单独的开关周期，在开关管导通状态和关断状态，输入输出电压都基本没有变化，可以写出导通状态和关断状态时的L两端的电压。
导通状态L两端的电压：关断状态L两端的电压：Vsat为开关管的导通压降;VF为二极管的导通压降。
由于Vsat和VF相对于Vi和Vo很小，这里忽略不计，可以得到：可以看出Von和Voff都是常数，即对于不论在导通状态还是在关断状态都有：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。
最大可允许纹波电流
最大可允许纹波电流最大可允许纹波电流是在电力系统中常常提到的一个概念。
它指的是设备或系统所能容忍的电流波动范围，也称为纹波电流容许值。
在本文中，我们将从简单到复杂、由浅入深地探讨最大可允许纹波电流的概念和意义，并分析其在电力系统中的重要性。
一、最大可允许纹波电流的定义及背景最大可允许纹波电流是指在电力系统中，电流波动的幅值范围，超出该范围将导致设备无法正常运行或产生不可接受的损坏。
纹波电流通常由交流电源产生，其频率与电源频率相差甚远，通常在电源频率的倍数级别。
这种电流波动会对电力系统中的设备和设施造成不利影响，因此需要对其进行限制。
二、最大可允许纹波电流的重要性和应用最大可允许纹波电流对于电力系统的稳定运行至关重要。
过大的纹波电流可能导致设备过载、温升异常、电压变动等问题，甚至引发设备损坏、系统事故等严重后果。
设定合适的最大可允许纹波电流对于保证系统的可靠运行至关重要。
对于不同类型的电力设备，其对纹波电流的容忍度也各不相同。
发电机、变压器等设备对纹波电流的容忍度相对较低，而电容器、电阻器等设备对纹波电流的容忍度相对较高。
在设计和运行电力系统时，需根据不同设备的要求来合理设定最大可允许纹波电流的值，以确保整个系统的稳定性和可靠性。
三、最大可允许纹波电流的限制方法和技术手段为了控制和限制最大可允许纹波电流，我们可以采取以下几种方法和技术手段：1. 电源滤波器：通过在电源输出端或设备输入端添加滤波器来抑制纹波电流的产生和传播。
滤波器通常采用电感、电容等元件组成，可以有效地滤除高频纹波电流。
2. 增加电容：在电源或设备的电路中增加适当的电容，可以有效吸收和平滑纹波电流，降低其波动幅度。
3. 调整电源频率：适当调整电源的频率，使得纹波电流的频率与设备要求的频率更接近，从而减小纹波电流的波动幅度。
4. 控制负载变化：控制用户负载的变化，避免负载的突变和突增，从而减小纹波电流对电力系统的影响。
五、个人观点和理解最大可允许纹波电流作为一个在电力系统中常常提到的概念，对于保证系统的稳定运行和设备的正常工作至关重要。
开关电源纹波抑制研究现
开关电源纹波抑制研究现作者：方宇杰苏秉华杭凌侠来源：《现代电子技术》2012年第10期摘要：提出开关电源纹波的定义，分析开关电源纹波产生的原因，并提出几种抑制纹波的方法。
最后针对一款特殊开关电源，论述了开关电源的输出稳定性问题。
该电源输出电流为10 A，输出电压为12 V，主要用于驱动半导体激光器。
为减小输出电流纹波，提高激光功率稳定性，研究分析了几种抑制纹波的方法，包括滤波法，多路叠加法等。
该电源的设计采用主、副电源的思路，从主电源采集纹波信号反馈给副电源的控制端，从而使主副电源输出叠加后保持较小的输出纹波。
通过实验验证该方法可以使纹波系数保持在1%，使得性能有所提高。
关键词：开关电源；纹波抑制；反馈控制；半导体激光器中图分类号：文献标识码：A 文章编号：近年来，开关电源以其体积小，重量轻，效率高等优点，在工程领域、医疗机构、科学研究等方面有着越来越广泛的应用。
本文着重解决一款能输出10 A电流12 V电压的特殊恒流源的纹波抑制问题，专门用于大功率的半导体激光器驱动。
该激光器需求高稳定的光功率输出，激光器输出光功率的稳定性是一个主要参数，半导体激光器的光功率稳定性主要表现在输入电流的稳定性，输入电流的纹波越小光功率稳定性越好。
目前，解决开关电源纹波的方法有若干种，各有其优缺点，由于输出电流是10 A的大电流，一般的方法不能适用。
本文通过对比滤波法提出双路并联法，旨在大电流情况下进一步减小电流输出纹波。
1 纹波产生原因分析通常开关电源把电网提供的交流电经过整流滤波转变为直流电，开关管的高速开通和关断，就会引起输出电压的波动，在输出回路中的快恢复二极管和电感也会引起输出电压的波动。
这些高频低频的波动总和就形成了输出的纹波，包括电压纹波和电流纹波［1］。
开关电源中纹波的来源有很多原因，其中MOS管开通关断所产生的纹波是主要原因之一。
当开关管开通关断时都会有一个上升时间和下降时间，这时就会在电路中引起一个同频率的噪声。
开关电源的电磁干扰及其滤波措施
开关电源的电磁干扰及其滤波措施1引言开关电源与线性稳压电源相比，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等特点，广泛用于计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。
但开关电源的突出缺点是产生较强的电磁干扰(EMI)。
EMI信号既占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子仪器造成干扰。
如果处理不当，开关电源本身就会变成一个干扰源。
随着电子产品的电磁兼容性(EMC)日益受到重视，抑制开关电源的EMI，提高电子产品的质量，使之符合有关EMC标准或规范，已成为电子产品设计者越来越关注的问题。
2开关电源产生EMI的原理开关电源产生EMI的因素较多，其中由基本整流器产生的电流高次谐波干扰和变压器型功率转换电路产生的尖峰电压干扰是主要因素。
它们所以产生于电源装置的内部，是由于开关电源中的二级管和晶体管在工作过程中产生的跃变电压和电流，通过高频变压器、储能电感线圈和导线以及系统结构、元件布局等而造成的。
基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。
这是因为正弦波通过整流器后不再是单一频率的电流，而是变成单向脉动电源，此电流波形分解为一直流分量和一系列频率不同的交流分量之和。
实验结果表明，较高的谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰，一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变，另一方面通过电源线产生射频干扰，使接收机等产生噪声。
变压器型功率转换电路是实现变压、变频以及完成输出电压调整的部件，是开关稳压电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。
它产生的尖峰电压是一种有较大辐度的窄脉冲，其频带较宽且谐波比较丰富。
产生这种脉冲干扰的主要原因是：(1) 开关功率晶体管感性负载是高频变压器或储能电感。
在开关管导通的瞬间，变压器初级出现很大的电流，它在开关管过激励较大时，将造成尖峰噪声。
这个尖峰噪声实际上是尖脉冲，轻者造成干扰，重者有可能击穿开关管。
(2) 由高频变压器产生的干扰。
电路中的开关电源滤波电容有什么作用
电路中的开关电源滤波电容有什么作用电路中的开关电源滤波电容是一种重要的元件，它在电源电路中扮演着关键的角色。
通过适当的选择和使用滤波电容，可以有效地降低电源波动和噪声，保证电源的稳定性和可靠性。
本文将详细介绍开关电源滤波电容的作用，以及如何选择和使用它们。
1. 什么是开关电源滤波电容开关电源是一种将输入电源转换为稳定输出电压的电源装置。
它采用开关器件（如晶体管、MOSFET等）进行开关操作，以调整电压和电流，并通过一系列的滤波元件来减少开关电源产生的电源纹波和高频噪声。
其中，滤波电容是最常用的滤波元件之一。
2. 开关电源滤波电容的作用滤波电容在开关电源中扮演着以下几个重要的作用：2.1 平滑输出电压：开关电源在输出端产生的电压通常存在一定的纹波，这是由于开关操作引起的电源波动所致。
滤波电容通过存储电荷，使得电源波动得到补偿，并平滑输出电压。
这样，可以提供稳定的电压给负载，避免电压波动对电子设备的损害。
2.2 减少纹波电流：开关电源的输出电流也常常存在一定的纹波。
滤波电容可以吸收这些纹波电流，使得电流的变化更加平缓。
这对于一些对电流要求比较高的应用，如射频电路等，尤为重要。
2.3 屏蔽高频噪声：开关操作引起的高频噪声会对电子设备的正常工作产生干扰。
滤波电容具有较低的阻抗对高频信号具有较好的通过性能，因此可以起到屏蔽高频噪声的作用。
2.4 改善电源的响应速度：开关电源的负载变化会引起电源电压的瞬间波动。
滤波电容可以在负载变化时提供短时间的额外电荷，以补偿电源电压的变化，并提高电源的响应速度。
3. 如何选择和使用开关电源滤波电容选择和使用开关电源滤波电容时需要注意以下几点：3.1 容量选择：滤波电容的容量决定了其平滑输出电压和吸收纹波电流的效果。
较大的容量可以提供更好的滤波效果，但也会增加电容的体积和成本。
根据具体的应用需求和成本考虑，选择适当的容量。
3.2 额定电压：滤波电容需要选择具有足够的额定电压，以确保在电源波动时不会发生损坏。
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。
电源纹波的测量和抑制
图1 探头和地线形成的环路图2 安装接地弹簧针的探头
图3 电源纹波测试连接框图
压。
纹波系数是评价直流电源稳定纯净输出的重要指标
图6 共模滤波法的电路图图4 无滤波电路的输出电压纹波图5 在电源输出端加载电容滤
波器后的电压纹波
图9 在电源输出端电源接线上穿绕铁氧体磁环滤波后的电压图10 在电源输出端加组合滤波后的电压纹波
图7 在电源输出端加共模滤波器后的电压纹波图8 在电源输出端电源接线上穿绕铁氧体磁环滤波
方案仿真：
行数据分别与第（n-1）行数图8-1 盲元校正前的成像 图8-2盲元校正后的图像
到[1] Shen X Q, M a tsuhata H, Okumu ra H. Reduction of the threading dis- location density in GaN films grown on vic-Inal sapphire ( 0001) substrates[ J]. App.l Phys. Lett. ,2005, 86: 021912 -。
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。
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。
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。
磁环 电源纹波
磁环电源纹波是指在电源输出端出现的周期性或随机性的电压波动。
这种纹波主要是由于电源内部电磁干扰或开关电源的开关操作所引起的。
对于磁环电源纹波的抑制，可以采用以下几种方法：
磁珠：在电源输入和输出端之间加入磁珠，可以有效地吸收高频电磁干扰，从而减少电源纹波。
电源滤波器：在电源输入和输出端之间加入电源滤波器，可以有效地抑制电源纹波和电磁干扰，提高电源的稳定性。
开关电源的优化：通过对开关电源的电路设计、元件选择和布局等方面进行优化，可以减少开关电源的开关噪声和电磁干扰，从而降低电源纹波。
屏蔽措施：对于一些容易受到电磁干扰的元件或线路，可以采用屏蔽措施来减少电磁干扰，从而降低电源纹波。
总之，对于磁环电源纹波的抑制，需要根据具体情况采取综合措施，从多个方面入手，提高电源的稳定性和可靠性。
纹波电压
纹波电压的定义狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。
我国工频频率是50Hz，所以纹波电压以工频50Hz或50Hz的整数倍计取。
具体取50Hz 还是50Hz的倍数，取决于整流电路的类型。
对于半波整流，取50Hz；对于全波整流，取50Hz的2倍即100Hz；对于三相半波整流，取50Hz的3倍即150Hz；对于三相全波整流，取50Hz的6倍即300Hz。
对于日本、美国等国家，使用60Hz工频，计取方式只需把上述的50改为60即可。
纹波电压通常用有效值或峰值表示。
纹波电压的危害纹波的害处：1、容易在用设备中产生不期望的谐波，而谐波会产生较多的危害；2、降低了电源的效率；3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用设备。
4、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；5、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。
纹波电压的抑制方法抵制纹波电压的方法，常见的有以下几种：1、在成本、体积允许的情况下，尽可能采用全波或三相全波整流电路；2、加大滤波电路中电容容量，条件许可时使用效果更好的LC滤波电路；3、使用效果好的稳压电路，对纹波抑制要求很高的地方使用模拟稳压电源而不使用开关电源；4、合理布线。
开关电源测试规范电源指标的概念、定义一．描述输入电压影响输出电压的几个指标形式。
1．绝对稳压系数。
A．绝对稳压系数：表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量△U0与输入电网变化量△Ui 之比。
既：K=△U0/△Ui。
B．相对稳压系数：表示负载不变时，稳压器输出直流电压Uo的相对变化量△Uo与输出电网Ui的相对变化量△Ui之比。
急：S=△Uo/Uo / △Ui/Ui2. 电网调整率。
它表示输入电网电压由额定值变化+-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。
3. 电压稳定度。
负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化△Uo/Uo（百分值），称为稳压器的电压稳定度。
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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三种：
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，就是再加一级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。
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。
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。