关于开关电源输出纹波问题
关于纹波测试的相关问题
关于纹波测试的相关问题对于纹波测试是一个老生长谈的问题.个人总结如下:1, 电源输出纹波的分解为,首先是工频和整流频率50HZ,100HZ及期整数倍的谐波部分;其次是开关纹波部分,即PWM产生的开关纹波,一般在30KHZ~500KHZ,根据开关频率不同而不同;第三是噪声和杂讯电压信号;对于AC/DC的测试,通常会采用加电解电容和电阻滤波47UF,1Koum等不同的方法.具体操作和原理如下:一所谓纹波电压，是指输出电压中50赫或100赫的交流分量，通常用有效值或峰值表示。
经过稳压作用，可以使整流滤波后的纹波电压大大降低，降低的倍数反比于稳压系数S 。
问题：如何测量电源纹波？回答：可以先用示波器将整个波形捕获，然后将关心的纹波部分放大来观察和测量(自动测量或光标测量均可)，同时还要利用示波器的FFT功能从频域进行分析。
1．最大纹波电压。
在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波（包括噪声）的绝对值的大小，通常以峰峰值或有效值表示。
2．纹波系数Y（%）。
在额定负载电流下，输出纹波电压的有效值Urms与输出直流电压Uo之比，既y=Umrs/Uo x100%3．纹波电压抑制比。
在规定的纹波频率（例如50HZ）下，输出电压中的纹波电压Ui~与输出电压中的纹波电压Uo~之比，即：纹波电压抑制比=Ui~/Uo~ 。
这里声明一下：噪声不同于纹波。
纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的1%左右。
纹波噪声是二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示，一般在输出电压的2%以下。
二．纹波噪声（涟波杂讯电压）（Ripple & Noise）%，mv2．1定义：直流输出电压上重叠之交流电压成份最大值(P-P)或有效值。
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。
开关电源的纹波
减小纹波电压，可通过提高输出滤波电容或者输出电感。反激式开关电源可省去输出电感。开关电源的输出滤小纹波电压，不只是依靠增加输出滤波电容的容量来达到，根据实际输出纹波电压波形的特点，可以通过增加输入滤波电容的大小或者改变输出反馈网络的参数来达到。
开关电源的纹波过大;电容会发热,过小;成本就高
开关电源的纹波
输出纹波一般在100mv左右,最好控制在50mv
如果纹波是50Hz或者是100Hz有效值波形，那很可能是输入滤波大电解小了，如果纹波是开关频率的有效值波形，那是输出电感或者输出电解小了，如果纹波是高频波形，那可能是反馈电路的元器件参数不对，当然也有可能是线路板排板走线不好，开关管或者整流管与电路配置不佳产生的。原因很多，关键要看纹波的具体波形。
开关电源纹波的抑制
如何抑制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。
一、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。
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。
开关电源纹波分析及抑制(精华)
主题: 开关电源纹波的产生与控制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和闭环调节控制引起的纹波噪声1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。
电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。
交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。
电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。
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，则必须对低频电源纹波采取滤波措施。
可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。
低频纹波抑制的几种常用的方法:a、加大输出低频滤波的电感，电容参数，使低频纹波降低到所需的指标。
b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。
2、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路，在电路中，通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的，在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波，其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关，设计中尽量提高功率变换器的工作频率，可以减少对高频开关纹波的滤波要求。
高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路，常用的方法有以下几种:a、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。
C、采用多级滤波。
3、由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容，导线存在寄生电感，因此当矩形波电压作用于功率器件时，开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声。
减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容，并在输出侧加共模抑制电感及电容，可减小输出的共模纹波噪声。
减小输出共模纹波噪声的常用方法:a、输出采用专门设计的EMI滤波器。
b、降低开关毛刺幅度。
4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振，频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。
开关电源纹波
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。
降低开关电源纹波的三个要素
降低开关电源纹波的三个要素
开关电源要降低纹波主要要在以下三个方面下功夫：
1、储能电感。
储能电感在工作频率下的Q值越大越好，许多人只留意到电感量，其实Q值的影响要大得多，电感量只要满意要求允许在很大范围内波动。
2、滤波电容。
滤波电容的ESR和ESL是特别重要的参数，越低越好，仅追求容量是远远不够的，当然在满意足够低的ESR和ESL的前提下，容量大些较好。
开关电源的滤波电容优选X7R或X5R电容与钽电解的组合，纹波稍放宽可用Y5V电容和瘦高外观的铝电解(低ESL 型)协作。
3、PCB设计。
开关电源的PCB设计特别重要，在前两个条件都满意时假如纹波参数还是达不到手册中载明的数值，问题就可以确定是出在PCB上，开关电源芯片的取样及滤波回路的设计特别讲究，PCB 分布参数会导致调整误差或滤波效率变差，严峻时甚至可能导致自激(一般在特定的负载强度下发生)，故不得不查。
原则是取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC，PCB走线不行太长、太细，类似的储能电感也有同样原则，只是影响稍小，布局、走线不利相当于降低了电感的Q值。
最终要说的是，因开关电源IC的内电路设计不同纹波指标也是不同的，多数状况下，开关频率高的简单获得较低的纹波，但价格及对外围元件的要求相对更高，所以要依据需要合理选择，够用即可，
否则要付出不必要的成本，器件手册的认真阅读及理解是第一步。
开关电源 波纹与噪声
开关电源波纹与噪声一、开关电源输出波纹①开关电源输出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。
②产生原因是开关电源的电流纹波作用在电容的ESR上。
③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。
二、开关电源输出噪声①开关电源输出噪声是指全带宽下输出电压上叠加的交流量。
②产生的原因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。
③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。
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。
三、减小纹波和噪声电压的措施①减少EMI的干扰采用金属外壳做屏蔽减小外界电磁场辐射干扰。
为减少从电源线输入的电磁干扰，在电源输入端加EMI 滤波器。
②在输出端采用高频性能好、ESR低的电容采用高分子聚合物固态电解质的铝或钽电解电容作输出电容是最佳的，其特点是尺寸小而电容量大，高频下ESR阻抗低，允许纹波电流大。
它最适用于高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器及DC/DC模块电源作输出电容。
③采用与产品系统的频率同步为减小输出噪声，电源的开关频率应与系统中的频率同步，即开关电源采用外同步输入系统的频率，使开关的频率与系统的频率相同。
④避免多个模块电源之间相互干扰在同一块PCB上可能有多个模块电源一起工作。
若模块电源是不屏蔽的、并且靠的很近，则可能相互干扰使输出噪声电压增加。
为避免这种相互干扰可采用屏蔽措施或将其适当远离，减少其相互影响的干扰。
⑤增加LC滤波器为减小模块电源的纹波和噪声，可以在DC/DC模块的输入和输出端加LC滤波器。
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关于开关电源输出纹波问题
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和闭环调节控制引起的纹波噪声
1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关.电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹
波的残留.交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC 变换器的变比和控制系统的增益决定.电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高.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,则必须对低频电源纹波采取滤波措施.可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除.
低频纹波抑制的几种常用的方法:
a、加大输出低频滤波的电感,电容参数,使低频纹波降低到所需的指标.
b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量.
2、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路,在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频
开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关,设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求.
高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路,常用的方法有以下几种:
a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波
b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波. C、采用多级滤波.
3、由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当矩
形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声.减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声.
减小输出共模纹波噪声的常用方法: a、输出采用专门设计的EMI滤波器.
b、降低开关毛刺幅度.
4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器
件结电容与线路寄生电感的谐振,频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声.
开关电源都需对输出电压进行闭环控制,调节器参数设计的不适当也会引起纹波.当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路,可能导致调节器的自激振荡,引起附加纹波.此纹波电压一般没有固定的频率.
在开关直流电源中,往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大.
这部分纹波可通过以下方法进行抑制:
a、在调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大.
b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节
器的振荡或自激,使输出纹彼含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加.
所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节.
c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节.使延时滞后降到最小.以增加闭环调节的快速性和
及时性,对抑制输出电压纹波是有益的.。