開kai關guan穩wen壓ya電dian源yuan非fei常chang關guan鍵jian的de一yi個ge指zhi標biao就jiu是shi紋wen波bo

，它ta主zhu要yao是shi由you開kai關guan變bian換huan的de方fang式shi導dao致zhi的de，也ye因yin紋wen波bo的de存cun在zai會hui影ying響xiang到dao後hou續xu電dian路lu的de工gong作zuo
，尤you其qi是shi在zai對dui紋wen波bo比bi較jiao敏min感gan的de場chang合he下xia。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我們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(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)。

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：

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)。

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(zeng)加(jia)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)，又(you)會(hui)增(zeng)加(jia)開(kai)關(guan)損(sun)失(shi)。所(suo)以(yi)在(zai)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)嚴(yan)格(ge)時(shi)，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)並(bing)不(bu)是(shi)很(hen)好(hao)。關(guan)於(yu)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)原(yuan)理(li)等(deng)，可(ke)以(yi)參(can)考(kao)各(ge)類(lei)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)手(shou)冊(ce)。

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。

1. 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)，shuchudianyahuijiangdi。yinweirenhediangandouyouyigezhiliudianzu，dangyoudianliushuchushi，zaidianganshanghuiyouyajiangchansheng，daozhidianyuandeshuchudianyajiangdi。erqiezhegeyajiangshisuishuchudianliubianhuade。

采樣點選在LC 濾波器之後(Pb)，zheyangshuchudianyajiushiwomensuoxiwangdedaodedianya。danshizheyangzaidianyuanxitongneibuyinruleyigedianganheyigedianrong，youkenenghuidaozhixitongbuwending。guanyuxitongwending，henduoziliaoyoujieshao，zhelibuxiangxixiele。

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的效果就不那麼理想了。

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gong程cheng師shi，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rongC 或RC，或串聯電感。

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rongC或RC，或串聯電感。

4. 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。

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)。

小結

以yi上shang是shi關guan於yu開kai關guan電dian源yuan紋wen波bo，總zong結jie的de一yi些xie內nei容rong，如ru果guo能neng加jia些xie波bo形xing就jiu更geng好hao了le。雖sui然ran可ke能neng不bu太tai全quan
，但dan對dui一yi般ban的de應ying用yong已yi經jing足zu夠gou了le。關guan於yu噪zao聲sheng抑yi製zhi
，實shi際ji中zhong並bing不bu一yi定ding全quan部bu應ying用yong，重zhong要yao的de是shi根gen據ju自zi己ji的de設she計ji要yao求qiu，比bi如ru產chan品pin體ti積ji

，成cheng本ben，開kai發fa周zhou期qi等deng，選xuan擇ze合he適shi的de方fang法fa。