开关电源纹波
开关电源输出纹波标准
开关电源输出纹波标准
一、纹波电压
纹波电压是指开关电源输出电压中的交流成分，其幅度和频率都是随着负载的变化而变化的。
根据不同的应用场景，纹波电压的标准也不同，一般要求纹波电压低于输出电压的5%以内。
二、纹波频率
纹波频率是指开关电源输出纹波电压的频率，一般为几百千赫兹到几兆赫兹。
在某些应用场景下，需要关注纹波频率是否与系统中的其他信号频率产生谐振，以避免对系统产生不良影响。
三、纹波系数
纹波系数是指开关电源输出纹波电压与输出直流电压的比值，一般要求低于5%。
该指标可以用来评估开关电源的输出质量。
四、噪声电压
噪声电压是指开关电源输出端子上的随机噪声，一般要求低于输出电压的1%以内。
该指标可以用来评估开关电源对外部干扰的抑制能力。
五、交叉调整率
交叉调整率是指开关电源在负载变化时，输出电压和电流的变化率。
该指标要求越小越好，以保证开关电源在负载变化时能够稳定工作。
六、启动特性
启动特性是指开关电源在启动过程中的性能表现。
要求开关电源在启动过程中，输出电压和电流能够快速达到稳定状态，同时避免产生过大的启动冲击电流或电压。
七、效率
效率是指开关电源输出的有功功率与输入的有功功率的比值。
高效率意味着更少的能量损失和更低的散热需求。
一般要求开关电源的效率在80%以上。
八、保护功能
保护功能是指开关电源本身具备的保护功能，如过流保护、过压保护、欠压保护等。
这些保护功能可以保证开关电源在异常情况下能够自动切断电源或报警，从而保护系统和设备的安全。
开关电源DCDC变换纹波噪声产生的原因以及解决方案
而噪声通常指开关动作引起的EMI(电磁辐射/干扰)，可采用有扩频等降噪技术的片子；应用上可将芯片远离敏感电路，甚至加屏蔽装置。
开关电源DC/DC变换纹波噪声产生的原因以及解决方案
原因很多最主要的是斩波频率造成的，所以在选择DC-DC 芯片的时候要尽可能选择频率较高的，它的好处有：
1，频率高，其纹波的频率也就高，这样的纹波也就更容易滤除。
2，频率高，就可以选低感值的电感，这样就有更强的 负载能力。
第二，当前的开关频率都已经达到MHz级别，使得纹波主要由输出滤波电容的ESR(等效串联电阻)决定，因为电容在充电和放电的时候输出电压上会有一个与Iout×ESR相关的跳变，当负载电流越大时此值越大，即纹波越大。
解决办法，如果不是设计芯片，只是应用，选择ESR小的电容可以减小纹波，参考芯片的DATASHEET，若允许可采用非电解电容，其ESR较小。
3，频率高，在负载不是很大的情况下，可以实现用小的电容实现理想的滤波效果。
缺点是自声，
纹波，主要由两部分组成：一个是跟开关频率有关的电容电压的变化率，电感电流的充放电时间长，则电容电压变化大，若开关频率高，则充放电时间短，电容电压变化小，即纹波小；
开关电源纹波计算公式
开关电源纹波计算公式
开关电源纹波是指在开关电源输出的直流电压中，存在的交流电压成分。
它是由于开关管的导通和截止造成的电流波动引起的。
开关电源纹波对电子设备的正常运行有着重要的影响，因此对其进行计算和评估是非常必要的。
计算开关电源纹波的公式为：
Vr = (ΔI × (1 - D)) / (f × C)
其中，Vr表示开关电源纹波电压，ΔI表示开关电源输出电流的波动值，D表示开关管的导通比例，f表示开关频率，C表示输出电容。
根据公式可以看出，开关电源纹波电压与输出电流波动值成正比，与开关频率和输出电容成反比。
因此，要减小开关电源纹波电压，可以采取以下措施：
1.增大输出电容：通过增加输出电容的数值，可以降低开关电源纹波电压。
这是因为输出电容的作用是储存电荷，当电流波动时，输出电容可以通过释放或吸收电荷来平稳输出电流，从而减小纹波电压的波动。
2.提高开关频率：增加开关频率可以缩短每个开关周期的时间，从而减小开关电源输出电流的波动值，进而降低纹波电压的幅度。
3.优化开关管的导通比例：开关管的导通比例表示导通时间与开关
周期的比值。
通过合理控制导通比例，可以减小输出电流的波动值，从而降低纹波电压。
通过以上措施的综合应用，可以有效减小开关电源的纹波电压，提高电源的稳定性和可靠性。
然而，在实际应用中，还需根据具体的电路设计和要求进行综合考虑，以达到最佳的纹波电压控制效果。
因此，对于开关电源纹波的计算和评估是非常重要的，只有在了解和掌握纹波电压的计算方法和影响因素后，才能更好地设计和应用开关电源。
一文搞定开关电源纹波的产生、测量及抑制
一文搞定开关电源纹波的产生、测量及抑制（开关电源）纹波不可避免，我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生，首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。
上图是开关（电源）中最简单的拓扑结构-buck降压型电源随着SWITCH的开关，电感L中的（电流）也是在输出电流的有效值上下波动的。
所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波，一般所说的纹波就是指这个，它与输出（电容）的容量和ESR有关系。
这个纹波的频率与开关电源相同，范围为几十到几百KHz。
另外，SWITCH一般选用双极性（晶体管）或者（MOSFET），不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间。
这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。
同样（二极管）D在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。
这两种噪声一般叫做高频噪声，幅值通常要比纹波大得多。
如果是AC／（DC）变换器，除了上述两种纹波（噪声）以外，还有AC噪声，频率是输入AC电源的频率，为50～60Hz左右。
还有一种共模噪声，是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器，产生的等效电容导致的。
开关电源纹波的测量基本要求：使用（示波器）AC（耦合）20MHz带宽限制拔掉探头的地线1.AC耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形。
2.打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果。
因为高频成分幅值较大，测量的时候应除去。
3.拔掉示波器探头的接地夹，使用接地环测量，是为了减少干扰。
很多部门没有接地环，如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。
但在判断是否合格时要考虑这个因素。
还有一点是要使用50Ω终端。
示波器的（资料）上介绍说，50Ω模块是除去DC成分，精确测量AC成分。
但是很少有示波器配这种专门的探头，大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量，影响暂时不清楚。
关于开关电源纹波抑制的技术要点及措施
３、开 关 电源 纹 波 的 抑 制
对于开关电源 中的升压 电路 、 降压电路和反相开关稳压 电路三 种电路 中纹波抑制 方法 进行 阐述 。 ３１降压 型 开关稳 压 器 ．
当输 出电压 比输出 电压 低时 ， 采用降压型稳压器 ， 图２ 如 所示 。 当控制元件接通 时，存储 能量 ， 向负载提供 电流且向滤波电容 充 Ｉ ＿ 并 电。 当控 制元件 关闭时 ， 存储在Ｌ 的能量释放 ， 向负载提供 电流 又 既 ２ 、开关电源纹波 的产 生 继 续对 Ｃ 充 电一 ～ 当控制元件 关闭且Ｌ 电完后 ， ， ， 放 ｃ 的能量用来 维持对 负载供 电。 ２１纹 波 ． 本电路的改进方式是利用Ｌ 滤波器对噪纹波 的抑制作用（ Ｃ 图 纹波是 由于直流 稳定 电源 一般 是由交流 电源经整流稳压等环 ２ ）根据要除去的纹波频 率选择合适 的电感 电容构成滤波 电路 ， －１ ， 节而形成的 ， 这就不可避免地在直流稳定量 中多少 带有一些交流成 般 能够 很好的减小纹波 。 份 ， 种叠 加在 直流稳定量 上的交流分量就 称之为纹波 。 这 调制器 采样 点选在ＬＣ 波器之前 （ ， 出电压 会降低 。 滤 Ａ）输 因 为任何 电感 都有一 个直流 电阻 ， 当有 电流 输出 时 ， 电感上会有 在 压降 产生 ， 导致 电源 的输 出 电压 降低 。 而且这 个压 降是随输 出电 流变 化的 。 调制器 采样 点选在Ｌ 滤波器 之后（）这样输出电压就是我们 Ｃ Ｂ， 所希望得到 的电压 。 但是这样在 电源系统内部引入了一个 电感和一 个 电容 ， 有可能会 导致 系统不稳定 。 ３２升 压 型 开 关 稳 压 器 ．
换器 的变 比和 控制系统 的增益决定 。 例如 ： 对普 通２ Ｖ电源来说 ， ４ 电 压型 控￣ＤＣ ＤＣ Ｊ ｔ ／ 变换器 的纹波抑制比一般为４ ～５ｄ 其输出端 ５ ０ Ｂ， 的低频交流纹波有 效值 为６ －１０ ０ ２ｍＶ。 电流型控￣ＤＣ ＤＣ Ｊ ｒ ／ 变换器 的纹波抑制 比稍有提高 ， 但其输 出端 的低频交流纹波仍较大。 若要 实现开关 电源的低纹波 输出 ， 必须对低频 电源纹波 采取滤波措 则
电源纹波噪声都是来自这5个方面!
电源纹波噪声都是来自这5个方面！
一.什么是纹波?
纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。
它主要有以下害处：
1.1．容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害；
1.2．降低了电源的效率；
1.3．较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器；
1.4．会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；
1.5．会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。
二、纹波的表示方法
可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示；
单位通常为：mV
例如：
一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。
三、纹波的测试方法
3.1．以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。
四、开关电源纹波的主要分类。
开关电源的纹波和噪声
本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。
一．纹波和噪声产生的原因开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。
纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。
每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。
纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。
噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。
开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。
噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。
噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。
利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。
纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。
纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。
图1 纹波和噪声的波形二．纹波和噪声的测量方法纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一，因此如何精准测量是一个十分重要问题。
目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法，它能精准地测出纹波和噪声电压值。
由于开关电源的品种繁多（有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等），但是各生产厂家都采用示波器测量法，仅测量装置上不完全相同，因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准，即企业标准。
用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。
它由被测开关电源、负载、示波器及测量连线组成。
有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。
图2 示波器测量框图从图2来看，似乎与其他测波形电路没有什么区别，但实际上要求不同。
示波器测试开关电源纹波的方法
示波器测试开关电源纹波的方法以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK（也有测有效值的），去除示波器控头上的夹子与地线（因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯），使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接开展测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。
开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波；高频纹波；寄生参数引起的共模纹波噪声；功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声；闭环调节控制引起的纹波噪声。
纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。
尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。
所以，电源纹波的测试就显得极为重要。
电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。
一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。
而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。
电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。
对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。
对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。
整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。
所用的仪器是：配有电压测量探头的TDS1012B示波器。
测量之前需要开展如下设置。
1.通道设置：耦合：即通道耦合方式的选择。
纹波是叠加在直流信号上的交流信号，所以，我们要测试纹波信号就可以去掉直流信号，直接测量所叠加的交流信号就好。
宽带限制：关探头：首先选用电压探头的方式。
然后选择探头的衰减比例。
必须与实际所用探头的衰减比例保持一致，这样从示波器所读取数才是真实的数据。
比方，所用电压探头放在×10档，则此时，这里的探头的选项也必须设置为×10档。
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开关电源纹波的产生
我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生，首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。
随着SWITCH的开关，电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。
所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波，一般所说的纹波就是指这个。
它与输出电容的容量和ESR有关系。
这个纹波的频率与开关电源相同，为几十到几百KHz。
另外，SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET，不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间。
这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。
同样二极管D在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。
这两种噪声一般叫做高频噪声，幅值通常要比纹波大得多。
如果是AC／DC变换器，除了上述两种纹波(噪声)以外，还有AC噪声，频率是输入AC电源的频率，为50～60Hz左右。
还有一种共模噪声，是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器，产生的等效电容导致的。
因为本人是做汽车电子研发的，对于后两种噪声接触较少，所以暂不考虑。
开关电源纹波的测量
基本要求：使用示波器AC耦合，20MHz带宽限制，拔掉探头的地线
1，AC耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形。
2，打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果。
因为高频成分幅值较大，测量的时候应除去。
3，拔掉示波器探头的接地夹，使用接地环测量，是为了减少干扰。
很多部门没有接地环，如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。
但在判断是否合格时要考虑这个因素。
还有一点是要使用50Ω终端。
横河示波器的资料上介绍说，50Ω模块是除去DC成分，精确测量AC成分。
但是很少有示波器配这种专门的探头，大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量，影响暂时不清楚。
上面是测量开关纹波时基本的注意事项。
如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。
在测量高频噪声时，使用示波器的全通带，一般为几百兆到GHz级别。
其他与上述相同。
可能不同的公司有不同的测试方法。
归根到底第一要清楚自己的测试结果。
第二要得到客户认可。
关于示波器：
有些数字示波器因为干扰和存储深度的原因，无法正确的测量出纹波。
这时应更换示波器。
这方面有时候虽然老的模拟示波器带宽只有几十兆，但表现要比数字示波器好。
泰克公司有专门分开测量上述两种纹波(噪声)的软件，可以看一下参考资料5。
同样，关于
示波器的接地，电源测试的相关知识，也可以看一下。
开关电源纹波的抑制
对于开关纹波，理论上和实际上都是一定存在的。
通常抑制或减少它的做法有三种：
1，加大电感和输出电容滤波
根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。
所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。
同样，输出纹波与输出电容的关系：vripple=Imax/(Co×f)。
可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。
通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。
但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且ESR也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足。
同时，开关电源工作时，输入端的电压Vin不变，但是电流是随开关变化的。
这时输入电源不会很好地提供电流，通常在靠近电流输入端(以BucK型为例，是SWIT cH附近)，并联电容来提供电流。
上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。
因为体积限制，电感不会做的很大；输出电容增加到一定程度，对减小纹波就没有明显的效果了；增加开关频率，又会增加开关损失。
所以在要求比较严格时，这种方法并不是很好。
关于开关电源的原理等，可以参考各类开关电源设计手册。
2，二级滤波，就是再加一级LC滤波器
LC滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显，根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路，一般能够很好的减小纹波。
采样点选在LC滤波器之前(Pa)，输出电压会降低。
因为任何电感都有一个直流电阻，当有电流输出时，在电感上会有压降产生，导致电源的输出电压降低。
而且这个压降是随输出电流变化的。
采样点选在LC滤波器之后(Pb)，这样输出电压就是我们所希望得到的电压。
但是这样在电源系统内部引入了一个电感和一个电容，有可能会导致系统不稳定。
关于系统稳定，很多资料有介绍，这里不详细写了。
3，开关电源输出之后，接LDO滤波
这是减少纹波和噪声最有效的办法，输出电压恒定，不需要改变原有的反馈系统，但也是成本最高，功耗最高的办法。
任何一款LDO都有一项指标：噪音抑制比。
是一条频率-dB曲线，如右图是凌特公司LT3024的曲线。
对减小纹波。
开关电源的PCB布线也非常关键，这是个很赫手的问题。
有专门的开关电源PCB工程师，对于高频噪声，由于频率高幅值较大，后级滤波虽然有一定作用，但效果不
明显。
这方面有专门的研究，简单的做法是在二极管上并电容C或RC，或串联电感。
4，在二极管上并电容C或RC
二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数。
在二极管反向恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产生高频振荡。
为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并联电容C 或RC缓冲网络。
电阻一般取10Ω-100Ω，电容取4.7pF-2.2nF。
在二极管上并联的电容C或者RC，其取值要经过反复试验才能确定。
如果选用不当，反而会造成更严重的振荡。
对高频噪声要求严格的话，可以采用软开关技术。
关于软开关，有很多书专门介绍。
5，二极管后接电感（EMI滤波）
这也是常用的抑制高频噪声的方法。
针对产生噪声的频率，选择合适的电感元件，同样能够有效地抑制噪声。
需要注意的是，电感的额定电流要满足实际的要求。
比较简单的做法，不再详细解释。
以上是关于开关电源纹波，总结的一些内容，如果能加些波形就更好了。
虽然可能不太全，但对一般的应用已经足够了。
关于噪声抑制，实际中并不一定全部应用，重要的是根据自己的设计要求，比如产品体积，成本，开发周期等，选择合适的方法。