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從三個方麵入手解決開關電源的噪音

發布時間：2020-05-28 責任編輯：lina

【導讀】電路振蕩，電源輸出有很大的低頻穩波。多是電路穩定餘度不夠引起。理論上可以用係統控製理論中的頻域法/時域法或勞斯判據做理論分析。

噪音來源於PCB設計/電路振蕩/磁元件三方麵：

1）電路振蕩，電源輸出有很大的低頻穩波。多是電路穩定餘度不夠引起。理論上可以用係統控製理論中的頻域法/時域法或勞斯判據做理論分析。現在；可ke以yi用yong計ji算suan機ji仿fang真zhen方fang法fa方fang便bian的de驗yan證zheng電dian路lu穩wen定ding性xing，以yi避bi免mian自zi激ji振zhen蕩dang發fa生sheng，有you多duo款kuan軟ruan件jian可ke以yi用yong。對dui於yu已yi經jing做zuo好hao的de電dian路lu，可ke以yi增zeng加jia輸shu出chu濾lv波bo電dian容rong或huo電dian感gan/改變信號反饋位置/增加PI調節的積分電容/減少開環放大倍數等方法改善。

2）PCB設計

A）主要是EMI噪音引起，射頻噪音調整PI調節器，使輸出誤差信號中包含擾動。主要查看高頻電容是否離開關元件太遠，是否有大的C形環繞布線等等...

B）控製電路的PCB線至少有兩點以上和功率電路共用。PCB覆銅線並非理想導體，它總是可以等效成電感或電阻體，當功率電流流過了和控製回路共用的PCB線，在PCB上(shang)產(chan)生(sheng)電(dian)壓(ya)降(jiang)落(luo)，控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)各(ge)節(jie)點(dian)分(fen)散(san)在(zai)不(bu)同(tong)位(wei)置(zhi)時(shi)，功(gong)率(lv)電(dian)流(liu)引(yin)起(qi)的(de)電(dian)壓(ya)降(jiang)對(dui)控(kong)製(zhi)網(wang)絡(luo)家(jia)入(ru)了(le)擾(rao)動(dong)，使(shi)電(dian)路(lu)發(fa)出(chu)噪(zao)音(yin)。這(zhe)顯(xian)現(xian)多(duo)發(fa)生(sheng)在(zai)功(gong)率(lv)地(di)線(xian)上(shang)，注(zhu)意(yi)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)可(ke)以(yi)改(gai)善(shan)。

3）磁元件

磁材有磁至應變的特點，漆包線也會在泄露磁場中受到電動力的左右，這些因素的共同作用下，局部會發生泛音或1/N頻率的共振。改變開關頻率和磁元件浸漆可以改善。

這是我平時的一點小經驗，試試。

不知道你說的噪音是指的機械振動的噪音還是指輸出電壓中的高頻交流分量？

這兩種噪音在開關電源中都經常遇到機械噪音多是因為電路中，存在異常的電震蕩，頻率低於20K時shi，在zai變bian壓ya器qi，電dian感gan器qi等deng的de磁ci芯xin上shang，發fa出chu的de聲sheng音yin，人ren耳er能neng聽ting到dao。解jie決jue的de方fang法fa是shi調tiao整zheng補bu償chang，減jian小xiao放fang大da器qi的de輸shu入ru阻zu抗kang，在zai幹gan擾rao敏min感gan的de地di方fang，加jia吸xi收shou電dian路lu等deng。

shuchudewenbozaoshengzhuyaoshiyouyukaiguanguanjiezhideshunjian，youyubianyaqideloudianganhexianludianganyinqidejianfengdianya，tashizaochengshuchuwenbozaoshengdeyuanyin，danshiyibanwomenzuodekaiguandianyuandepinlvdouhengao，yuandayu20K，所以，如果沒有異常的電路震蕩，我們不可能聽到聲音

交流電輸入開關電源後，由橋式整流器V1～V4整理成直流電壓Vi加在高頻變壓器的初級L1和開關管V5上。開關管V5的基極輸入一個幾十到幾百千赫的高頻矩形波，其重複頻率和占空比由輸出直流電壓VO的要求來確定。被開關管放大了的脈衝電流由高頻變壓器耦合到次級回路。高頻變壓器初次級匝數之比也是由輸出直流電壓VO的要求來確定的。高頻脈衝電流經二極管V6整流並經C2濾波後變成直流輸出電壓VO。因此開關電源在以下幾個環節都將產生噪聲，形成電磁幹擾。

（1）高頻變壓器初級L1、開關管V5和濾波電容C1構成的高頻開關電流環路，可能會產生較大的空間輻射。如果電容器濾波不足，則高頻電流還會以差模方式傳導到輸入交流電源中去。

（2）高頻變壓器次級L2、整流二極管V6、濾波電容C2也構成高頻開關電流環路會產生空間輻射。如果電容器濾波不足，則高頻電流將以差模形式混在輸出直流電壓上向外傳導。

（3）高頻變壓器的初級和次級間存在分布電容Cd，初chu級ji的de高gao頻pin電dian壓ya通tong過guo這zhe些xie分fen布bu電dian容rong將jiang直zhi接jie耦ou合he到dao次ci級ji上shang去qu，在zai次ci級ji的de二er條tiao輸shu出chu直zhi流liu電dian源yuan線xian上shang產chan生sheng同tong相xiang位wei的de共gong模mo噪zao聲sheng。如ru果guo二er根gen線xian對dui地di阻zu抗kang不bu平ping衡heng，還hai會hui轉zhuan變bian成cheng差cha模mo噪zao聲sheng。

（4）輸出整流二極管V6會產生反向浪湧電流。二極管在正向導通時PNjieneidedianhejilei，erjiguanjiafanxiangdianyashijileidianhejiangxiaoshibingchanshengfanxiangdianliu。yinweikaiguandianliuxujingerjiguanzhengliu，erjiguanyoudaotongzhuanbianweijiezhideshijianhenduan，zaiduanshijianneiyaorangcunchudianhexiaoshijiuchanshenglefanxiangdianliudelangyong。youyuzhiliushuchuxianluzhongdefenbudiangan，fenbudianrong，langyongyinqilegaopinshuaijianzhendang，zheshiyizhongchamozaosheng。

（5）開關管V5的負載是高頻變壓器的初級線圈L1，是感性負載，所以開關通斷時管子兩端會出現較高的浪湧尖峰電壓，這個噪聲會傳導到輸入輸出端去。

（6）開關管V5的集電極與散熱片K之間存在分布電容CI，因此高頻開關電流會通過CI流到散熱片K上，再流到機殼地，最終流到與機殼地相連接的交流電源線的保護地線PE中，從而產生共模輻射。電源線L和N對PE存在一定阻抗，如阻抗不平衡則共模噪聲還會轉變成差模噪聲。

由以上分析可以知道開關電源中的噪聲幹擾源很多,幹擾途徑是多種多樣的,影響較大的噪聲幹擾源可以歸納為以下三種:

（1）二極管的反向恢複時間引起的幹擾。

（2）開關管工作時產生的諧波幹擾

功率開關管在導通時流過較大的脈衝電流，在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產生尖峰幹擾。

（3）交流輸入回路產生的幹擾

開kai關guan電dian源yuan輸shu入ru端duan整zheng流liu管guan在zai反fan向xiang恢hui複fu期qi間jian也ye會hui引yin起qi高gao頻pin衰shuai減jian振zhen蕩dang產chan生sheng幹gan擾rao。一yi般ban整zheng流liu電dian路lu後hou麵mian總zong要yao接jie比bi較jiao大da的de濾lv波bo電dian容rong，因yin而er整zheng流liu管guan的de導dao通tong角jiao較jiao小xiao，會hui引yin起qi很hen大da的de充chong電dian電dian流liu，使shi交jiao流liu輸shu入ru側ce的de交jiao流liu電dian流liu發fa生sheng畸ji變bian，影ying響xiang了le電dian網wang的de供gong電dian質zhi量liang。另ling外wai，濾lv波bo電dian容rong的de等deng效xiao串chuan聯lian電dian感gan對dui產chan生sheng幹gan擾rao也ye有you較jiao大da的de影ying響xiang。

所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)幹(gan)擾(rao)按(an)傳(chuan)播(bo)途(tu)徑(jing)可(ke)以(yi)分(fen)為(wei)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)和(he)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)兩(liang)類(lei)。開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)尖(jian)峰(feng)幹(gan)擾(rao)和(he)諧(xie)波(bo)幹(gan)擾(rao)能(neng)量(liang)通(tong)過(guo)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)線(xian)傳(chuan)播(bo)出(chu)去(qu)形(xing)成(cheng)的(de)幹(gan)擾(rao)稱(cheng)為(wei)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)。諧(xie)波(bo)和(he)寄(ji)生(sheng)振(zhen)蕩(dang)的(de)能(neng)量(liang)，通(tong)過(guo)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)線(xian)傳(chuan)播(bo)時(shi)，在(zai)空(kong)間(jian)產(chan)生(sheng)電(dian)場(chang)和(he)磁(ci)場(chang)，這(zhe)些(xie)通(tong)過(guo)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)產(chan)生(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)稱(cheng)為(wei)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)。

正因為開關電源本身就是一個強幹擾源、所以除了電路上采取措施抑製其電磁幹擾產生外，還應對開關電源進行有效的電磁屏蔽，濾波以及接地。

開關電源噪聲的抑製方法

形成電磁幹擾的三要素是幹擾源、傳播途徑和受擾設備，因而，抑製電磁幹擾也應該從這三個方麵著手。首先應該抑製幹擾源，直接消除幹擾原因；其次是消除幹擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁幹擾的傳播途徑；第三是提高受擾設備的抗擾能力，降低其對噪聲的敏感度。第三點不是本文討論的範圍。

采用功率因數校正（PFC）技術和軟開關功率變換技術能大大降低噪聲幅度。

（1）電路上的措施

開關電源產生電磁幹擾的主要原因是電壓和電流的急劇變化，因此需要盡可能地降低電路中的電壓和電流的變化率（du/dt、di/dt）。caiyongxishoudianluyeshiyizhidianciganraodehaobanfa。xishoudianludejibenyuanlijiushikaiguanduankaishiweikaiguantigongpanglu，xishouxujizaijishengfenbucanshuzhongdenengliang，congeryizhiganraofasheng。changyongdexishoudianluyouRC、RCD、LC無源吸收網絡和有源吸收網絡。

濾波是抑製傳導幹擾的一種很好的方法。例如，在電源輸入端接上濾波器可以抑製開關電

源yuan產chan生sheng並bing向xiang電dian網wang反fan饋kui的de幹gan擾rao，也ye可ke以yi抑yi製zhi來lai自zi電dian網wang的de噪zao聲sheng對dui電dian源yuan本ben身shen的de侵qin害hai。在zai濾lv波bo電dian路lu中zhong，還hai采cai用yong很hen多duo專zhuan用yong的de濾lv波bo元yuan件jian，如ru穿chuan心xin電dian容rong器qi，三san端duan電dian容rong器qi，鐵tie氧yang體ti磁ci環huan，他ta們men能neng夠gou改gai善shan電dian路lu的de濾lv波bo特te性xing。恰qia當dang的de設she計ji或huo選xuan擇ze濾lv波bo器qi，並bing正zheng確que地di安an裝zhuang濾lv波bo器qi，是shi抗kang幹gan擾rao技ji術shu的de重zhong要yao組zu成cheng部bu分fen。

具體措施如下：

a．在交流電輸入端加裝電源濾波器,濾波器的電路型式如圖2。其中LD、CD用於抑製差模噪聲，一般LD 取100~700μH，CD取1~10μF，對10~150KHz比較有效。LC、CC用於抑製共模噪聲，一般LC取1~3μH，CC取2000~6800pF，對抑製150KHz。以上的共模噪聲有效。上述器件的參數要在實踐中加以調整。

另外，電源濾波器安裝時應注意：

dianyuanlvboqianzhuangshibixujiedi。chulechangjiatebieshuomingyunxubujiedidelvboqizaishiyongshikeyibujiediwai，suoyoudianyuanlvboqidoubixujiedi，yinweilvboqidegongmopangludianrongbixujiedicainengqizuoyong。yibandejiedifangfashichujianglvboqiyujinshujikexiangjiewai，haiyaoyongjiaocudedaoxianjianglvboqiwaikeyushebeidejiedidianxianglian。jiedizukangyuedi，lvboxiaoguoyuehao。

盡量靠近電源入口處安裝。安裝時，濾波器的輸入/輸出端盡量遠離，避免幹擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。必要時，使用屏蔽隔板將其隔開。

b. 在(zai)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)端(duan)加(jia)裝(zhuang)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)濾(lv)波(bo)器(qi)。在(zai)輸(shu)出(chu)線(xian)上(shang)套(tao)上(shang)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)環(huan)，做(zuo)成(cheng)共(gong)軛(e)扼(e)流(liu)圈(quan)，再(zai)加(jia)裝(zhuang)高(gao)頻(pin)電(dian)容(rong)，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)部(bu)分(fen)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)。加(jia)大(da)輸(shu)出(chu)濾(lv)波(bo)電(dian)感(gan)的(de)電(dian)感(gan)量(liang)及(ji)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)的(de)電(dian)容(rong)量(liang)，可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)差(cha)模(mo)噪(zao)聲(sheng)，多(duo)個(ge)電(dian)容(rong)並(bing)聯(lian)效(xiao)果(guo)更(geng)好(hao)。

c. 輸出整流二極管采用多個二極管並聯來分擔負載電流、選擇具有反向恢複電流呈軟特性的整流二極管、適當降低開關管的開通速率、減小高頻變壓器的漏感並確保它不飽和等都是抑製噪聲的有效手段。

d. 在高頻變壓器的原邊、副邊、開關管的CE極之間，以及輸出整流二極管上加裝RCxishouwangluo。yizhidianyajianfenghedianliulangyong。zaishuchuzhengliuerjiguanzhiluzhongchuanjiekebaohefeijingcihuan，yicilaiyizhierjiguandefanxianglangyongdianliu，xiaoguojiaohao。rutu3所示。

圖3RC吸收網絡及磁環的使用舉例

e. 排印製板時，盡量減少高頻環路的麵積，縮短高頻信號線。在整機布線時還應注意：

不要把開關電源的輸入交流電源線和輸出直流電源線靠在一起，更不能捆紮在一起，同時盡可能遠離噪聲源。

輸出直流電源線最好用雙絞線，至少應緊靠在一起走線。

電源的輸入輸出電源線應盡可能遠離控製、驅動電路中的信號線。

f. 盡量減小開關管集電極與散熱片之間的分布電容CI。可以選用低介電常數的絕緣墊，並適當加厚墊片的厚度。必要時，在絕緣墊之間插入薄銅板作為靜電屏蔽用。

g. 接地

電源接地的一個目的是為了安全，另一個目的是考慮電磁兼容問題。一個良好的接地係統對減小電磁幹擾能起很大的作用。

出於安全考慮的接地，一般稱為安全地，是將電源金屬外殼與大地相連。考慮電磁兼容問題時，先要了解信號地、地環路幹擾的概念。

信號地：信號電流流回信號源的低阻抗路徑。地環路幹擾：當(dang)地(di)線(xian)上(shang)有(you)一(yi)個(ge)較(jiao)大(da)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)過(guo)時(shi)，由(you)於(yu)地(di)線(xian)的(de)阻(zu)抗(kang)不(bu)為(wei)零(ling)，會(hui)產(chan)生(sheng)電(dian)壓(ya)降(jiang)，這(zhe)個(ge)電(dian)壓(ya)會(hui)在(zai)兩(liang)個(ge)電(dian)路(lu)的(de)連(lian)接(jie)電(dian)纜(lan)上(shang)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)。由(you)於(yu)電(dian)路(lu)的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)性(xing)，每(mei)根(gen)導(dao)線(xian)上(shang)的(de)電(dian)流(liu)不(bu)同(tong)，因(yin)此(ci)會(hui)產(chan)生(sheng)差(cha)模(mo)電(dian)壓(ya)，對(dui)電(dian)路(lu)造(zao)成(cheng)幹(gan)擾(rao)。這(zhe)種(zhong)幹(gan)擾(rao)由(you)於(yu)是(shi)在(zai)地(di)線(xian)環(huan)路(lu)中(zhong)產(chan)生(sheng)電(dian)流(liu)引(yin)起(qi)的(de)，因(yin)此(ci)稱(cheng)為(wei)地(di)環(huan)路(lu)幹(gan)擾(rao)。

解決好接地問題的方法主要有：

1）盡量減少導線電感引起的高頻阻抗。

2）增加地環路的阻抗、使用初次級之間屏蔽的隔離變壓器或光電耦合器傳輸信號，以減小地環路幹擾。

3）兩個單元電路最好不要共用一個電源供電及同一段地線。

放大器屏蔽殼、變壓器屏蔽層的良好接地等。

（2）結構上的措施：屏蔽

屏ping蔽bi是shi解jie決jue電dian磁ci兼jian容rong問wen題ti的de重zhong要yao手shou段duan之zhi一yi，目mu的de是shi切qie斷duan電dian磁ci波bo的de傳chuan播bo途tu徑jing。大da部bu分fen電dian磁ci兼jian容rong問wen題ti都dou可ke以yi通tong過guo電dian磁ci屏ping蔽bi來lai解jie決jue。用yong電dian磁ci屏ping蔽bi的de方fang法fa解jie決jue電dian磁ci幹gan擾rao問wen題ti的de最zui大da好hao處chu是shi不bu會hui影ying響xiang電dian路lu的de正zheng常chang工gong作zuo。

屏蔽分為電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽。

對開關電源來說，主要是要做好機殼的屏蔽、高頻變壓器的屏蔽、開關管和整流二極管的屏蔽以及控製、驅動電路的屏蔽等，並要通過各種方法提高屏蔽效能。

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