天逸開關——開關電源紋波的5種抑制方法

1、增加電感和輸出電容濾波

　　根據開關電源的公式，電感中的電流波動與電感值成反比，輸出紋波與輸出電容值成反比。因此，增加電感值和輸出電容值可以減少紋波。

　　同理，輸出紋波與輸出電容的關系：vripple=Imax/(Co×f)?？梢钥闯?，增大輸出電容的值可以減小紋波。

　　通常，對于輸出電容器，使用鋁電解電容器來實現大容量。但是電解電容抑制高頻噪聲的效果不是很好，ESR也比較大，所以旁邊會并聯一個陶瓷電容，彌補鋁電解電容的不足。

　　同時，開關電源工作時，輸入端電壓Vin不變化，但電流隨開關變化。這時，輸入電源將不能很好地提供電流。通常，它靠近電流輸入端（BucK型的情況下，靠近SWITcH），并聯電容來提供電流。

　　上述方法對降低紋波的效果是有限的。由于體積限制，電感不會太大；輸出電容增加到一定程度，對降低紋波無明顯效果；增加開關頻率會增加開關損耗。因此，在要求比較嚴格的情況下，這種方法不是很好。開關電源的原理可以參考各種開關電源設計手冊。

　　2、兩級濾波，即加一級LC濾波器

　　LC濾波器對噪聲紋波的影響更為明顯。根據要去除的紋波頻率，選擇合適的電感和電容構成濾波電路，一般可以很好地降低紋波。

　　如果采樣點選擇在LC濾波器之前（Pa），輸出電壓會下降。因為任何電感都有直流電阻，當有電流輸出時，電感兩端會有壓降，導致電源輸出電壓下降。而這個壓降隨著輸出電流的變化而變化。

　　在LC濾波器（Pb）之后選擇采樣點，這樣輸出電壓就是我們想要的電壓。但這會在電源系統內部引入電感器和電容器，可能會導致系統不穩定。關于系統的穩定性，已經介紹了很多資料，這里就不詳細寫了。

　　3、開關電源輸出后接LDO濾波器

　　這是減少紋波和噪聲的最有效方法。輸出電壓恒定，不需要改變原有的反饋系統，但也是成本最高、耗電最大的方法。任何LDO都有一個指標：噪聲抑制比。它是一條頻率-dB曲線，如右圖所示是凌力爾特公司的LT3024的曲線。

　　以減少紋波。開關電源的PCB布局也很關鍵，這是一個很厲害的問題。有專門的開關電源PCB工程師。對于高頻噪聲，由于頻率高、幅度大，后置濾波器雖然有一定效果，但效果并不明顯。這方面有專門的研究，簡單的方法是在二極管上并聯一個電容C或RC，或者串聯一個電感。

　　4、二極管上并聯電容C或RC

　　二極管高速開通和關斷時應考慮寄生參數。在二極管反向恢復期間，等效電感和等效電容成為一個RC振蕩器，產生高頻振蕩。為了抑制這種高頻振蕩，必須在二極管兩端并聯一個電容器C或RC緩沖網絡。電阻一般為10Ω-100Ω，電容為4.7pF-2.2nF。

　　二極管上并聯的電容C或RC的值只能經過反復試驗才能確定。如果選擇不當，會引起更嚴重的振蕩。

　　如果對高頻噪聲有嚴格要求，可以采用軟開關技術。有很多專門介紹軟開關的書籍。

　　5、電感后接二極管（EMI濾波器）

　　這也是一種常用的抑制高頻噪聲的方法。針對噪聲的頻率，選擇合適的電感元件也能有效抑制噪聲。需要注意的是，電感的額定電流必須符合實際要求。更簡單的方法將不再詳細解釋。

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