开关电源纹波的原因及抑制方法是什么

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耦合是去掉重叠的直流电压，得到准确的波形。

2，打开20MHz带宽限制是戒备高频噪声的*，戒备测出错误的结果。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*。很多部门没有接地环，假如误差准许也笔直用探头的接地夹测量。但在判断是不是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解析说，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。

上面是测量开关纹波时基本的留意事项。假如示波器探头不是笔直接触输出点，应当用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。

在测量高频噪声时，使用示波器的全通带，一般为几百兆到GHz级别。其他与上述相同。可能不同的公司有不同的探测办法。归根究竟第一要清楚自己的探测结果。第二要得到客户认可。

有关示波器：

有些数字示波器因为*和存储深度的原由，无法正确的测量出纹波。这时应更换示波器。这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽惟有几十兆，但表现要比数字示波器好。

泰克公司有专门分开测量上述两种纹波(噪声)的软件，可以看一下参考资料5。同样，有关示波器的接地，电源探测的相关知识，也可以看一下。

开关电源纹波的抑制

关于开关纹波，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

依据开关电源的公式，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，关于输出电容，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供应电流，通常在靠近电流输入端(以bucK型为例，是SWITcH附近)，并联电容来供应电流。

上面这种做法对减小纹波的用途是有限的。因为体积限制，电感不会做的很大；输出电容新增到一定程度，对减小纹波就没有分明的效果了；新增开关频率，又会新增开关损失。所以在要求比较严格时，这种办法并不是很好。有关开关电源的原理等，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用途比较分明，依据要除去的纹波频率选择适宜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，在电感上会有压降萌生，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。有关系统稳定，很多资料有解析，这里不具体写了。

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方法，输出电压恒定，不要改变原有的反馈系统，但也是成本最高，功耗最高的方法。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，关于高频噪声，由于频率高幅值较大，后级滤波虽然有一定用途，但效果不分明。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，萌生高频振荡。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，其取值要经过反复实验才能确定。假如选用不当，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。有关软开关，有很多书专门解析。

5、二极管后接电感（EMI滤波）

这也是常用的抑制高频噪声的办法。针对萌生噪声的频率，选择适宜的电感元件，同样能够有效地抑制噪声。要留意的是，电感的额定电流要满足实际的要求。比较简单的做法，不再具体解释。