PCB設計必須掌握：開關電源紋波測量和抑製方法

發布時間：2019-09-19                1645

PCB設計必須掌握：開關電源紋波測量和抑製方法

　　開關穩壓電源非常關鍵的一個指標就是紋波，它主要是由開關變換的方式導致的，也因紋波的存在會影響到後續電路的工作，尤其是在對紋波比較敏感的場合下。如何正確測量開關電源紋波？如何有效抑製開關電源的紋波以達到供電電路的要求？這些都是PCB設計工程師需要掌握的重要技能。

　　開關電源紋波的測量

　　要有效降低開關電源輸出紋波欧美熟妇呻吟猛交XX性精品麻豆首先得有個比較靠譜的測試方法，不能是由於測試方法的問題而導致的假波形是整改不好的

　　基本要求：使用示波器AC耦合，20MHz帶寬限製，拔掉探頭的地線

　　1，AC耦合是去掉疊加的直流電壓，得到準確的波形。

　　2，打開20MHz帶寬限製是防止高頻噪聲的幹擾，防止測出錯誤的結果。因為高頻成分幅值較大，測量的時候應除去。

　　3，拔掉示波器探頭的接地夾，使用接地環測量，是為了減少幹擾。很多部門沒有接地環，如果誤差允許也直接用探頭的接地夾測量。但在判斷是否合格時要考慮這個因素。

　　還有一點是要使用50Ω終端。橫河示波器的資料上介紹說，50Ω模塊是除去DC成分，精確測量AC成分。但是很少有示波器配這種專門的探頭，大多數情況是使用標配100KΩ到10MΩ的探頭測量，影響暫時不清楚。

　　上麵是測量開關紋波時基本的注意事項。如果示波器探頭不是直接接觸輸出點，應該用雙絞線，或者50Ω同軸電纜方式測量。

　　在測量高頻噪聲時，使用示波器的全通帶，一般為幾百兆到GHz級別。其他與上述相同。

　　可能不同的公司有不同的測試方法。歸根到底第一要清楚自己的測試結果。第二要得到客戶認可。

　　關於示波器：

　　有些數字示波器因為幹擾和存儲深度的原因，無法正確的測量出紋波。這時應更換示波器。這方麵有時候雖然老的模擬示波器帶寬隻有幾十兆，但表現要比數字示波器好。

　　開關電源紋波的抑製

　　對於開關紋波，理論上和實際上都是一定存在的。通常抑製或減少它的做法有五種：

　　一、加大電感和輸出電容濾波

　　根據開關電源的公式，電感內電流波動大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。

　　上圖是開關電源電感L內的電流波形，其紋波電流△I可由下式算出：

　　可以看出，增加L值，或者提高開關頻率可以減小電感內的電流波動。

　　同樣，輸出紋波與輸出電容的關係：vripple=Imax/(Co×f)。可以看出，加大輸出電容值可以減小紋波。

　　通常的做法，對於輸出電容，使用鋁電解電容以達到大容量的目的。但是電解電容在抑製高頻噪聲方麵效果不是很好，而且ESR也比較大，所以會在它旁邊並聯一個陶瓷電容，來彌補鋁電解電容的不足。

　　同時，開關電源工作時，輸入端的電壓Vin不變，但是電流是隨開關變化的。這時輸入電源不會很好地提供電流，通常在靠近電流輸入端(以BucK型為例，是SWITcH附近)，並聯電容來提供電流。

　　上麵這種做法對減小紋波的作用是有限的。因為體積限製，電感不會做的很大；輸出電容增加到一定程度，對減小紋波就沒有明顯的效果了；增加開關頻率，又會增加開關損失。所以在要求比較嚴格時，這種方法並不是很好。關於開關電源的原理等，可以參考各類開關電源設計手冊。

　　應用該對策後，BUCK型開關電源如下圖所示：

　　上麵這種做法對減小紋波的作用是有限的。因為體積限製，電感不會做的很大；輸出電容增加到一定程度，對減小紋波就沒有明顯的效果了；增加開關頻率，又會增加開關損失。所以在要求比較嚴格時，這種方法並不是很好。

　　關於開關電源的原理等，可以參考各類開關電源設計手冊。

　　二、二級濾波，就是再加一級LC濾波器

　　LC濾波器對噪紋波的抑製作用比較明顯，根據要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構成濾波電路，一般能夠很好的減小紋波。

　　但是，這種情況下需要考慮反饋比較電壓的采樣點。（如下圖所示）

　　采樣點選在LC濾波器之前(Pa)，輸出電壓會降低。因為任何電感都有一個直流電阻，當有電流輸出時，在電感上會有壓降產生，導致電源的輸出電壓降低。而且這個壓降是隨輸出電流變化的。

　　采樣點選在LC濾波器之後(Pb)，這樣輸出電壓就是欧美熟妇呻吟猛交XX性精品麻豆所希望得到的電壓。但是這樣在電源係統內部引入了一個電感和一個電容，有可能會導致係統不穩定。關於係統穩定，很多資料有介紹，這裏不詳細寫了。

　　三、開關電源輸出之後，接LDO濾波

　　這是減少紋波和噪聲最有效的辦法，輸出電壓恒定，不需要改變原有的反饋係統，但也是成本最高，功耗最高的辦法。

　　任何一款LDO都有一項指標：噪音抑製比。是一條頻率-dB曲線，如右圖是淩特公司LT3024的曲線。

　　經過LDO之後，開關紋波一般在10mV以下。

　　下圖是LDO前後的紋波對比：

　　對比曲線上圖的曲線和左圖的波形，可以看出對幾百KHz的開關紋波，LDO的抑製效果非常好。但在高頻範圍內，該LDO的效果就不那麽理想了。

　　對減小紋波。開關電源的PCB布線也非常關鍵，這是個很赫手的問題。有專門的開關電源PCB工程師，對於高頻噪聲，由於頻率高幅值較大，後級濾波雖然有一定作用，但效果不明顯。這方麵有專門的研究，簡單的做法是在二極管上並電容C或RC，或串聯電感。

　　對於高頻噪聲，由於頻率高幅值較大，後級濾波雖然有一定作用，但效果不明顯。這方麵有專門的研究，簡單的做法是在二極管上並電容C或RC，或串聯電感。

　　四、在二極管上並電容C或RC

　　二極管高速導通截止時，要考慮寄生參數。在二極管反向恢複期間，等效電感和等效電容成為一個RC振蕩器，產生高頻振蕩。為了抑製這種高頻振蕩，需在二極管兩端並聯電容C或RC緩衝網絡。電阻一般取10Ω-100Ω，電容取4.7pF-2.2nF。

　　在二極管上並聯的電容C或者RC，其取值要經過反複試驗才能確定。如果選用不當，反而會造成更嚴重的振蕩。

　　對高頻噪聲要求嚴格的話，可以采用軟開關技術。關於軟開關，有很多書專門介紹。

　　五、二極管後接電感（EMI濾波）

　　這也是常用的抑製高頻噪聲的方法。針對產生噪聲的頻率，選擇合適的電感元件，同樣能夠有效地抑製噪聲。需要注意的是，電感的額定電流要滿足實際的要求。以上有關開關電源紋波測量和抑製方法知識由西安欧美熟妇呻吟猛交XX性精品麻豆儀器維修中心網整理發布，更所有關儀器維修知識歡迎訪問西安欧美熟妇呻吟猛交XX性精品麻豆儀器維修網（www.ywkjt.com）