纹波测量与抑制

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1、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。SWITCHaJaVOUTPWMCONTROLRLOAD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。这个纹波的频率为开关电源相同，为几十到几百KHz。另外，SWITCH一般选川双极性晶体铮或者MOSFET,不管是哪种，在其导通和截止的时候

2、，都会有一个上升时间和卜降时间。这时候在电路屮就会出现一个与SWITCH上升下降吋间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为儿十MHz。同样二极管D在反向恢复瞬间，英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儿十MHzo这两种噪声一•般叫做高频噪声，幅值通常要比纹波人得多。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

3、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，防止测出错谋的结果。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，使用接地环测最，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川探头的接地夹测量。但在判断是否合格时要考虑这个因素。还有一点是要使用50Q终端。横河示波器的资料上介绍说，50Q模块是除去DC成分,精确测MAC成分。但是很少有示波器配这种专门的探头，人多数情况是使用标配100KQ到10MQ的探头测量，影响暂时不清楚。上而

4、是测量开关纹波吋基木的注意事项。如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者5OQ同轴电缆方式测虽。在测最高频噪声时，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测试方法。归根到底笫一要清惣自己的测试结果。笫二要得到客户认可，关于示波器：有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因，无法」11确的测量出纹波。这吋应更换示波器。这方面冇时候虽然老的模拟示波器带宽只冇几十兆，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（噪芦）的软件，可以看一下参考资料5。同样，关于示波器的接地，电源测试的相关知识，也可以看一下。开关电

5、源纹波的抑制对于开关纹波，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冇三种：1,加人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。八左图是开关电源电感L内的电流波形，其纹波电流可由下式算出:A（Vir-Vout>>

6、目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而R.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。同吋，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。这吋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。应用该对策后，BUCK型开关电源如下图所示：上而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；输岀电容增加到一定程度，对减小纹波就没冇明显的效果了；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，

7、可以参考各类开关电源设计手册。1,二级滤波，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。但是，这种悄况下需要考虑反馈比较电压的采样点。(如下图所示)采样点选在LC滤波器之前(Pa),输岀电压会降低。因为任何电感都有一个总流电阻，当冇电流输出时，在电感上会冇压降产生，导致电源的输出电压降低。而H•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