圖1：開關電源中最簡單的拓撲結構-buck降壓型電源

隨著SWITCH的開關，電感L中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動的。所以在輸出端也會出現一個與SWITCH同頻率的紋波
，一般所說的紋波就是指這個。它與輸出電容的容量和ESR有關係。這個紋波的頻率與開關電源相同，為幾十到幾百KHz。

另外，SWITCH一般選用雙極性晶體管或者MOSFET

，不管是哪種，在其導通和截止的時候，都會有一個上升時間和下降時間。這時候在電路中就會出現一個與SWITCH上升下降時間的頻率相同或者奇數倍頻的噪聲，一般為幾十MHz。同樣二極管D在反向恢複瞬間

，其等效電路為電阻電容和電感的串聯，會引起諧振，產生的噪聲頻率也為幾十MHz。這兩種噪聲一般叫做高頻噪聲

，幅值通常要比紋波大得多。

圖2：開關波紋與高頻噪聲

如果是AC／DC變換器
，除了上述兩種紋波(噪聲)以外，還有AC噪聲

，頻率是輸入AC電源的頻率，為50～60Hz左右。還有一種共模噪聲
，是由於很多開關電源的功率器件使用外殼作為散熱器，產生的等效電容導致的。

開關電源紋波的測量

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ba掉diao示shi波bo器qi探tan頭tou的de接jie地di夾jia，使shi用yong接jie地di環huan測ce量liang
，是shi為wei了le減jian少shao幹gan擾rao。很hen多duo部bu門men沒mei有you接jie地di環huan，如ru果guo誤wu差cha允yun許xu也ye直zhi接jie用yong探tan頭tou的de接jie地di夾jia測ce量liang。但dan在zai判pan斷duan是shi否fou合he格ge時shi要yao考kao慮lv這zhe個ge因yin素su。

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(you)些(xie)數(shu)字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)因(yin)為(wei)幹(gan)擾(rao)和(he)存(cun)儲(chu)深(shen)度(du)的(de)原(yuan)因(yin)，無(wu)法(fa)正(zheng)確(que)的(de)測(ce)量(liang)出(chu)紋(wen)波(bo)。這(zhe)時(shi)應(ying)更(geng)換(huan)示(shi)波(bo)器(qi)。這(zhe)方(fang)麵(mian)有(you)時(shi)候(hou)雖(sui)然(ran)老(lao)的(de)模(mo)擬(ni)示(shi)波(bo)器(qi)帶(dai)寬(kuan)隻(zhi)有(you)幾(ji)十(shi)兆(zhao)，但(dan)表(biao)現(xian)要(yao)比(bi)數(shu)字(zi)示(shi)波(bo)器(qi)好(hao)。

泰克公司有專門分開測量上述兩種紋波(噪聲)的軟件，可以看一下參考資料5。同樣，關於示波器的接地
，電源測試的相關知識，也可以看一下。

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三種：

1
， 加大電感和輸出電容濾波

根gen據ju開kai關guan電dian源yuan的de公gong式shi，電dian感gan內nei電dian流liu波bo動dong大da小xiao和he電dian感gan值zhi成cheng反fan比bi，輸shu出chu紋wen波bo和he輸shu出chu電dian容rong值zhi成cheng反fan比bi。所suo以yi加jia大da電dian感gan值zhi和he輸shu出chu電dian容rong值zhi可ke以yi減jian小xiao紋wen波bo。

圖3：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。

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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。

應用該對策後，BUCK型開關電源如下圖所示：

圖4：BUCK型開關電源

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。

2，二級濾波

，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。

圖5：考慮反饋比較電壓的采樣點

采樣點選在LC濾波器之前(Pa)，shuchudianyahuijiangdi。yinweirenhediangandouyouyigezhiliudianzu
，dangyoudianliushuchushi
，zaidianganshanghuiyouyajiangchansheng，daozhidianyuandeshuchudianyajiangdi。erqiezhegeyajiangshisuishuchudianliubianhuade。

采樣點選在LC濾波器之後(Pb)，這(zhe)樣(yang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)就(jiu)是(shi)我(wo)們(men)所(suo)希(xi)望(wang)得(de)到(dao)的(de)電(dian)壓(ya)。但(dan)是(shi)這(zhe)樣(yang)在(zai)電(dian)源(yuan)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)引(yin)入(ru)了(le)一(yi)個(ge)電(dian)感(gan)和(he)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong)
，有(you)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)係(xi)統(tong)不(bu)穩(wen)定(ding)。關(guan)於(yu)係(xi)統(tong)穩(wen)定(ding)
，很(hen)多(duo)資(zi)料(liao)有(you)介(jie)紹(shao)，這(zhe)裏(li)不(bu)詳(xiang)細(xi)寫(xie)了(le)。

3，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，如圖是淩特公司LT3024的曲線。

圖6：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：

圖7：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的效果就不那麼理想了。

對(dui)於(yu)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)，由(you)於(yu)頻(pin)率(lv)高(gao)幅(fu)值(zhi)較(jiao)大(da)，後(hou)級(ji)濾(lv)波(bo)雖(sui)然(ran)有(you)一(yi)定(ding)作(zuo)用(yong)，但(dan)效(xiao)果(guo)不(bu)明(ming)顯(xian)。這(zhe)方(fang)麵(mian)有(you)專(zhuan)門(men)的(de)研(yan)究(jiu)，簡(jian)單(dan)的(de)做(zuo)法(fa)是(shi)在(zai)二(er)極(ji)管(guan)上(shang)並(bing)電(dian)容(rong)C或RC，或串聯電感。

4
，在二極管上並電容C或RC

圖8：實際用二極管的等效電路

圖8是實際用二極管的等效電路。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-100 Ω，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。

5

，二極管後接電感（EMI濾波）

這(zhe)也(ye)是(shi)常(chang)用(yong)的(de)抑(yi)製(zhi)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)的(de)方(fang)法(fa)。針(zhen)對(dui)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)的(de)頻(pin)率(lv)，選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)電(dian)感(gan)元(yuan)件(jian)，同(tong)樣(yang)能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)噪(zao)聲(sheng)。需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，電(dian)感(gan)的(de)額(e)定(ding)電(dian)流(liu)要(yao)滿(man)足(zu)實(shi)際(ji)的(de)要(yao)求(qiu)。比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)的(de)做(zuo)法(fa)，不(bu)再(zai)詳(xiang)細(xi)解(jie)釋(shi)。