开关电源中干扰噪声引起的纹波问题的解决
开关电源工作时，如何抑制纹波和减小高频噪声？
开关电源工作时，如何抑制纹波和减小高频噪声？
开关电源通过高频化的能量变换获得较高的能量转换效率，工作频率一般是几十KHz到上百KHz。
相对于线性电源，开关电源工作时的高频噪声是比较多的，纹波系数也相对较高，需要设计合适的滤波电路来抑制纹波和消除高频噪声。
电容滤波
在电源电路中，电容滤波是必不可少的。
在开关电源电路中，滤波电容的选择显得特别重要，特别是输出端的滤波电容。
由于工作频率较高，需要考虑电容的阻抗和频率特性，滤波电容容量并不是越大越好。
因为电源的频率提高后，电容值会急剧下降，所以选择滤波电容的时候我们需要考虑电容的ESR（等效串联阻抗）。
需要尽量使用ESR值小的滤波电容。
电容需要在工作频率内有较低的等效阻抗才会有良好的滤波效果。
选择电容时需要考虑开关电源的工作频率，输出电压，输出电流，电容容值大小可以参考前辈们的计算公式：C>0.289/{f×（U/I）× ACv}，ACv是纹波系数，单位是%。
LC滤波
电感有着通直流隔交流的特性，加入滤波电感对消除高频噪声有着非常好的效果。
电容和电感组合在一起使用效果更好。
如果有必要，我们还可以加入二级的LC滤波电路。
使用滤波电感时，需要根据开关电源的功率选择适当的功率电感。
LDO滤波
LDO（低压差线性稳压器）有一项噪声抑制比的指示，也有着很好的滤波效果，加入LDO后，纹波系数会大幅的降低，对抑制纹波和消除高频噪声非常有效。
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。
电源纹波方案
电源纹波方案概述在电子设备的设计和开发过程中，电源纹波是一个重要的考虑因素。
电源纹波是指在电源输出中存在的交流信号，通常由电源中的开关元件开关造成。
在一些敏感的电路和系统中，电源纹波可能导致噪声干扰和性能问题。
因此，为了确保电子设备的稳定工作和性能，需要采取相应的电源纹波方案。
本文将介绍电源纹波的原因和影响，以及一些常用的电源纹波方案。
电源纹波的原因电源纹波的主要原因是电源中的开关元件的开关行为。
当开关元件关闭时，其输出电压开始下降；当开关元件打开时，输出电压开始上升。
这种开关行为导致输出电压的快速变化，从而产生纹波信号。
除了开关元件，电源纹波还可能由电源的电容和电感以及负载电流的变化引起。
电源纹波的影响电源纹波可能对电子设备的性能和稳定性产生不良影响。
以下是一些可能的影响：1.噪声干扰：电源纹波可以在电子设备中引入噪声，干扰其他电路的正常工作，特别是在信号处理和放大器电路中。
2.时序问题：在一些时序敏感的电路中，电源纹波可能导致时序偏移或错误，从而影响电路的正确功能。
3.性能下降：电源纹波可能导致电子设备的性能下降，例如导致信号失真、动态范围减小等问题，从而影响设备的整体性能和用户体验。
因此，为了避免这些问题，需要采取适当的电源纹波方案来减小电源纹波的幅度。
常用的电源纹波方案以下是一些常用的电源纹波方案：1. 线性稳压器线性稳压器是一种常用的电源纹波解决方案。
它通过使用电容器和电感器来过滤电源纹波信号，从而稳定电源输出。
线性稳压器的主要特点是简单可靠，但效率相对较低。
2. 开关稳压器开关稳压器是另一种常用的电源纹波解决方案。
它通过使用开关电源技术来实现高效的纹波过滤。
开关稳压器通常具有较高的效率和较小的尺寸，但对于一些敏感的应用，可能需要进一步的滤波措施。
3. 滤波电容器滤波电容器是一种简单有效的电源纹波滤波方案。
通过在电源输出端并联一个合适的电容器，可以显著减小电源纹波的幅度。
滤波电容器通常用于较低功率的应用，并且需要根据具体设计条件选择合适的电容器参数。
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。
5招搞定!抑制纹波、减小高频噪声超简单
5招搞定!抑制纹波、减小高频噪声超简单
5 招搞定！抑制纹波、减小高频噪声超简单
开关电源的纹波和噪声是一个本质问题，换而言之无论纹波和噪声多幺小，也无法从根本上去除，再绝对的讲，开关电源无论成本怎幺提高，也无法完全达到线性电源的性能和特点。
那幺，通常抑制或减少它的做法有五种：
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SWITcH 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。
降低电源纹波噪声的方法
降低电源纹波噪声的方法
降低电源纹波噪声的方法有多种，以下是一些常见的方法:
1. 采用高品质的电源滤波器：电源滤波器可以有效地降低电源中的高频纹波和噪声，从而提高电源的稳定性和可靠性。
高品质的电源滤波器通常具有更高的滤波效果和更低的损耗。
2. 使用低通滤波器：低通滤波器可以有效地滤除高频纹波和噪声，从而提高电源的稳定性和可靠性。
低通滤波器可以使用电容或电感等元器件组成，但要注意滤波器的通带和阻带特性。
3. 优化电源电路设计：合理的电源电路设计可以降低电源中的高频纹波和噪声。
要注意电源电路中的元件选择、电路布局和信号隔离等方面。
4. 采用直流滤波器：直流滤波器可以有效地降低电源中的低频纹波和噪声，从而提高电源的稳定性和可靠性。
直流滤波器可以使用电解电容或电感等元器件组成。
5. 调整电源供电电压和频率：适当的调整电源供电电压和频率可以降低电源中的高频纹波和噪声。
但要注意调整电压和频率的变化不能过大，否则会对电源的稳定性产生不利影响。
以上是一些常见的降低电源纹波噪声的方法，实际应用中需要根据具体情况选择合适的方法。
同时，为了减少电源纹波噪声，还需要注重电源电路的设计和制造质量，从根本上提高电源的稳定性和可靠性。
开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法
开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法关键字：噪声纹波开关电源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。
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。
减小电源纹波的方法
减小电源纹波的方法减小电源纹波是电子设计中一个重要的问题，特别是在对电源质量要求较高的场合，如精密仪器、通信设备等。
电源纹波是指电源输出的直流电中所带有的交流成分，通常以纹波电压或纹波电流来表示。
电源纹波的存在会对电路的正常运行产生干扰，因此需要采取一些方法来减小电源纹波。
一、滤波电容滤波电容是最常见的减小电源纹波的方法之一。
它通过在电源输出端并联一个电容器，使得电源输出的直流电上带有的交流成分能够通过电容器，从而减小纹波电压。
滤波电容的大小取决于所需的纹波电压大小和频率响应。
通常情况下，滤波电容的容值越大，纹波电压越小。
二、电感滤波电感滤波是另一种常见的减小电源纹波的方法。
它通过在电源输出端串联一个电感器，使得电源输出的直流电上带有的交流成分能够通过电感器，从而减小纹波电流。
电感滤波的效果与电感器的大小有关，通常情况下，电感器的电感值越大，纹波电流越小。
三、稳压器稳压器是一种专门用来稳定电源输出电压的电路。
它可以通过对输入电压进行调节，使得输出电压保持在一个固定的值，从而减小电源纹波。
常见的稳压器有线性稳压器和开关稳压器两种。
线性稳压器通过调节电阻来实现稳压，具有简单、可靠的特点；开关稳压器则通过开关管的开关操作来实现稳压，具有高效、小尺寸的特点。
四、增加滤波电容和电感器的数量为了进一步减小电源纹波，可以增加滤波电容和电感器的数量。
在实际设计中，可以采用多级滤波的方式，即在电源输出端串联多个滤波电容和电感器，以增加滤波效果。
此外，还可以采用多级稳压的方式，即在电源输出端串联多个稳压器，以进一步减小纹波。
五、优化地线布局地线布局是电子设计中一个重要的环节，它直接影响着电路的抗干扰能力。
在减小电源纹波的过程中，需要注意地线的布局，避免地线回流路径过长或与其他信号线交叉引起的互感干扰。
合理的地线布局可以有效地减小电源纹波。
减小电源纹波是电子设计中一个重要的问题。
通过采取滤波电容、电感滤波、稳压器、增加滤波电容和电感器的数量以及优化地线布局等方法，可以有效地减小电源纹波，提高电路的稳定性和可靠性。
开关电源的尖峰处理及其抑制方法
开关电源的尖峰处理及其抑制方法电源纹波会干扰电子设备的正常工作，引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障，给生产和科研酿成难以估量的损失，因此必须采取措施加以抑制。
产生尖峰的原因很多，以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析，并总结出几种有效的抑制措施。
2滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。
2.1电源进线端滤波器在电源进线端通常采用如图1所示电路。
该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。
图中各元器件的作用：（1）L1,L2,C1用于滤除差模干扰信号。
L1,L2磁芯面积不宜太小，以免饱和。
电感量几毫亨至几十毫亨。
C1为电源跨接电容，又称X电容。
用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。
电容量取0.22μF～0.47μF。
（2）L3，L4，C2，C3用于滤除共模干扰信号。
L3，L4要求圈数相同，一般取10，电感量2mH左右。
C2，C3为旁路电容，又称Y电容。
电容量要求2200pF左右。
电容量过大，影响设备的绝缘性能。
在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。
电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。
故对差模信号电感L3、L4不起作用（见图2），但对于相线与地线间共模信号，呈现为一个大电感。
其等效电路如图3所示。
由等效电路知：令L1=L2=M=L，UN=RCI1同时RC RL，则：图1电源进线端滤波电路(1)一般ωL RL，则：。
式（1）表明，对共模信号Ug而言，共模电感呈现很大的阻抗。
2.2输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC滤波电路。
其元件选择一般资料中均有。
为进一步降低纹波，需加入二次LC滤波电路。
LC滤波电路中L值不宜过大，以免引起自激，电感线圈一般以1～2匝为宜。
电容宜采用多只并联的方法，以降低等效串联电阻。
同时采样回路中要加入RC前馈采样网络。
图2共模电感对差模信号不起作用如果加入滤波器后，效果仍不理想，则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。
降低电源纹波噪声的一些常用方法
降低电源纹波噪声的一些常用方法在应用电源模块常见的问题中，降低负载端的纹波噪声是大多数用户都关心的。
下文结合纹波噪声的波形、测试方式，从电源设计及外围电路的角度出发，阐述几种有效降低输出纹波噪声的方法。
1、电源的纹波与噪声图示纹波和噪声即：直流电源输出上叠加的与电源开关频率同频的波动为纹波，高频杂音为噪声。
具体如图1所示，频率较低且有规律的波动为纹波，尖峰部分为噪声。
图12、纹波噪声的测试方法对于中小微功率模块电源的纹波噪声测试，业内主要采用平行线测试法和靠接法两种。
其中，平行线测试法用于引脚间距相对较大的产品，靠测法用于模块引脚间距小的产品。
但不管用平行线测试法还是靠测法，都需要限制示波器的带宽为20MHz，同时需要去掉地线夹。
具体如图2和图3所示。
图2 平行线测试法注1：C1为高频电容，容量为1μF;C2为钽电容，容量为10μF。
注2：两平行铜箔带之间的距离为2.5mm，两平行铜箔带的电压降之和应小于输出电压的2%。
图3靠测法3、去除地线夹测试的区别测试纹波噪声需要把地线夹去掉，主要是由于示波器的地线夹会吸收各种高频噪声，不能真实反映电源的输出纹波噪声，影响测量结果。
下面的图4和图5分别展示了对同一个产品，使用地线夹及取下地线夹测试的巨大差异。
图4 使用地线夹测试-示波器垂直分辨率200mv/div图5 去除地线夹测试-示波器垂直分辨率50mv/div4、设计上PCB布局的影响好与坏的PCB布局，是设计上影响纹波噪声的关键因素。
差的PCB布局如图6所示，变压器输出的地，直接通过过孔连到背部的地平面，地平面连接电源的输出引脚。
此布局在输出5V/2A的负载下，实测电源尖峰达1.5V VP-P。
图6 差的PCB布局如图7 所示是比较好的PCB布局，调整了变压器的位置，将变压器输出地通过两个电容后，再回到地平面和输出引脚相连。
实测在相同5V/2A输出的负载下，噪声已降到60mV VP-P，差别显著。
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开关电源中干扰噪声引起的纹波问题的解决
最近遇到一个电源干扰噪声引起的输出纹波问题，输出波形表现为变压器次级输出的电压波形，开关噪声出现的频率为fs，2fs，0.5fs，显然是开关噪声被传到了次级。
噪声的幅度有1Vpp，经过pi滤波之后仍然有300mVpp。
一开始我直接使用每个人都会想到的改善滤波参数的方法，增加pi滤波的滤波电容以及滤波电感，但是收效甚微。
由于知道是干扰噪声，我再次尝试在变压器次级并上一个小的瓷片电容680pf滤出干扰，然后再pi滤波，这样情况有所改善，干扰被瓷片吸收了很大一部分，反馈主路输出噪声pp值为80mVpp左右，似乎问题解决了，但是瓷片由于吸收了过多的噪声，产生了很尖锐的音频噪声。
测量开关的最小占空比在0.2左右，应该不会引起过大的振荡或不稳定。
看来光靠吸收是很难达到要求的了。
于是决定从源头出发，首先是要观察pwm控制的驱动信号，但是由于使用top244整合mos管，无法测量mos栅极波形，但是测量DS波形，观察开关波形，发现开关打开和关断并没有太大的延时，而且边沿没有高频振荡尖峰。
接下来只有怀疑loop不稳定了，我采用的是齐纳二极管稳压方式。
首先我假设loop存在不稳定，于是我用调压器改变输入电压，观察输出波形，电压还是比较稳的。
当我把控制芯片端光耦的集电极的电阻100换成磁珠B62后，发现这次音频干扰变得很小，在最小输入42vac时也基本上没有听到了，这给了我信心！
既然知道是loop的问题，我就怀疑是loop的频带太窄了，按照pi的设计，我改变芯片control端并的“47uF串6.8欧姆”电路参数，这给loop提供补偿一个零点和极点，加大6.8欧姆的阻值，可以把零点带到更低的频率，从而提高频带范围。
于是我把6.8欧姆改到20欧姆，再次试验发现输出pp值在30mVpp 左右！音频干扰也很小！
总结：到现在为止我意识到的减小干扰，提高纹波性能的方法：
1.pi滤波，需要合适的参数；
2.变压器输出并瓷片电容吸收高频干扰，但是吸收的量不能太大，不然瓷片会产生压电效应，影响音频干扰；
3.在变压器输出，整流二极管前串一个非晶磁珠，非晶对干扰吸收非常有效，但是在小电流时效果没有大电流明显；
4.在环路loop的输入或输出串小型磁珠，吸收高频噪声，减小高频噪声被loop 放大的量，从而避免噪声振荡放大。
但是会使得环路响应变慢；
5.有些情况，MOS管驱动不合适，会产生边沿尖峰，这样会使得次级存在大尖峰，影响EMI，可以的话，在栅极串一个合适阻值的小电阻是必要的，过小的阻值会
容易振荡，产生边沿尖峰，过大的阻值容易击穿MOS（非DS过压），在电阻上反向并一个4148，加快关断时栅极能量释放，并下拉1～10k的电阻到地；
5.查看是否是环路不稳，本例中是环路带宽太小。