我們最終的目的是要把輸出紋波降低到可以忍受的程度,，達(dá)到這個(gè)目的最根本的解決方法就是要盡量避免紋波的產(chǎn)生,，首先要清楚開關(guān)電源紋波的種類和產(chǎn)生原因,。
上圖是開關(guān)電源中最簡(jiǎn)單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)-buck降壓型電源,。
隨著SWITCH的開關(guān),，電感L中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動(dòng)的,。所以在輸出端也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與SWITCH同頻率的紋波,，一般所說的紋波就是指這個(gè)。它與輸出電容的容量和ESR有關(guān)系,。這個(gè)紋波的頻率與開關(guān)電源相同,，為幾十到幾百KHz。
另外,，SWITCH一般選用雙極性晶體管或者M(jìn)OSFET,，不管是哪種,，在其導(dǎo)通和截止的時(shí)候，都會(huì)有一個(gè)上升時(shí)間和下降時(shí)間,。這時(shí)候在電路中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)與SWITCH上升下降時(shí)間的頻率相同或者奇數(shù)倍頻的噪聲,，一般為幾十MHz。同樣二極管D在反向恢復(fù)瞬間,，其等效電路為電阻電容和電感的串聯(lián),，會(huì)引起諧振，產(chǎn)生的噪聲頻率也為幾十MHz,。這兩種噪聲一般叫做高頻噪聲,，幅值通常要比紋波大得多。
如果是AC／DC變換器,，除了上述兩種紋波(噪聲)以外,，還有AC噪聲，頻率是輸入AC電源的頻率,，為50～60Hz左右,。還有一種共模噪聲，是由于很多開關(guān)電源的功率器件使用外殼作為散熱器,，產(chǎn)生的等效電容導(dǎo)致的,。
因?yàn)楸救耸亲銎囯娮友邪l(fā)的，對(duì)于后兩種噪聲接觸較少,，所以暫不考慮,。
開關(guān)電源紋波的測(cè)量
基本要求：
使用示波器AC耦合
20MHz帶寬限制
拔掉探頭的地線
1，AC耦合是去掉疊加的直流電壓,，得到準(zhǔn)確的波形,。
2，打開20MHz帶寬限制是防止高頻噪聲的干擾,，防止測(cè)出錯(cuò)誤的結(jié)果,。因?yàn)楦哳l成分幅值較大，測(cè)量的時(shí)候應(yīng)除去,。
3,，拔掉示波器探頭的接地夾，使用接地環(huán)測(cè)量,，是為了減少干擾,。很多部門沒有接地環(huán)，如果誤差允許也直接用探頭的接地夾測(cè)量,。但在判斷是否合格時(shí)要考慮這個(gè)因素,。
還有一點(diǎn)是要使用50Ω終端。橫河示波器的資料上介紹說,，50Ω模塊是除去DC成分,，精確測(cè)量AC成分,。但是很少有示波器配這種專門的探頭，大多數(shù)情況是使用標(biāo)配100KΩ
到10MΩ的探頭測(cè)量,，影響暫時(shí)不清楚,。
上面是測(cè)量開關(guān)紋波時(shí)基本的注意事項(xiàng)。如果示波器探頭不是直接接觸輸出點(diǎn),，應(yīng)該用雙絞線，或者50Ω同軸電纜方式測(cè)量,。
在測(cè)量高頻噪聲時(shí),，使用示波器的全通帶，一般為幾百兆到GHz級(jí)別,。其他與上述相同,。可能不同的公司有不同的測(cè)試方法,。歸根到底第一要清楚自己的測(cè)試結(jié)果,。第二要得到客戶認(rèn)可，
關(guān)于示波器：
有些數(shù)字示波器因?yàn)楦蓴_和存儲(chǔ)深度的原因,，無法正確的測(cè)量出紋波,。這時(shí)應(yīng)更換示波器。這方面有時(shí)候雖然老的模擬示波器帶寬只有幾十兆,，但表現(xiàn)要比數(shù)字示波器好,。
開關(guān)電源紋波的抑制
對(duì)于開關(guān)紋波，理論上和實(shí)際上都是一定存在的,。通常抑制或減少它的做法有三種：
1,，加大電感和輸出電容濾波
根據(jù)開關(guān)電源的公式，電感內(nèi)電流波動(dòng)大小和電感值成反比,，輸出紋波和輸出電容值成反比,。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。
左圖是開關(guān)電源電感L內(nèi)的電流波形,，其紋波電流△I可由下式算出：
可以看出,，增加L值，或者提高開關(guān)頻率可以減小電感內(nèi)的電流波動(dòng),。
同樣,，輸出紋波與輸出電容的關(guān)系：vripple=Imax/(Co×f)?？梢钥闯?，加大輸出電容值可以減小紋波。
通常的做法,，對(duì)于輸出電容,，使用鋁電解電容以達(dá)到大容量的目的,。但是電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好，而且ESR也比較大,，所以會(huì)在它旁邊并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容,，來彌補(bǔ)鋁電解電容的不足。
同時(shí),，開關(guān)電源工作時(shí),，輸入端的電壓Vin不變，但是電流是隨開關(guān)變化的,。這時(shí)輸入電源不會(huì)很好地提供電流,，通常在靠近電流輸入端(以BucK型為例，是SWITcH附近),，并聯(lián)電容來提供電流,。
應(yīng)用該對(duì)策后，BUCK型開關(guān)電源如下圖所示：
上面這種做法對(duì)減小紋波的作用是有限的,。因?yàn)轶w積限制,，電感不會(huì)做的很大；輸出電容增加到一定程度,，對(duì)減小紋波就沒有明顯的效果了,；增加開關(guān)頻率，又會(huì)增加開關(guān)損失,。所以在要求比較嚴(yán)格時(shí),，這種方法并不是很好。
關(guān)于開關(guān)電源的原理等,，可以參考各類開關(guān)電源設(shè)計(jì)手冊(cè),。
2，二級(jí)濾波,，就是再加一級(jí)LC濾波器
LC濾波器對(duì)噪紋波的抑制作用比較明顯,，根據(jù)要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構(gòu)成濾波電路，一般能夠很好的減小紋波,。
但是,，這種情況下需要考慮反饋比較電壓的采樣點(diǎn)。(如下圖所示)
采樣點(diǎn)選在LC濾波器之前(Pa),，輸出電壓會(huì)降低,。因?yàn)槿魏坞姼卸加幸粋€(gè)直流電阻，當(dāng)有電流輸出時(shí),，在電感上會(huì)有壓降產(chǎn)生,，導(dǎo)致電源的輸出電壓降低。而且這個(gè)壓降是隨輸出電流變化的。
采樣點(diǎn)選在LC濾波器之后(Pb),，這樣輸出電壓就是我們所希望得到的電壓,。但是這樣在電源系統(tǒng)內(nèi)部引入了一個(gè)電感和一個(gè)電容，有可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定,。關(guān)于系統(tǒng)穩(wěn)定,，很多資料有介紹，這里不詳細(xì)寫了,。
3,，開關(guān)電源輸出之后，接LDO濾波
這是減少紋波和噪聲最有效的辦法,，輸出電壓恒定,，不需要改變?cè)械姆答佅到y(tǒng)，但也是成本最高,，功耗最高的辦法。
任何一款LDO都有一項(xiàng)指標(biāo)：噪音抑制比,。是一條頻率-dB曲線,，如右圖是凌特公司LT3024的曲線。
經(jīng)過LDO之后,，開關(guān)紋波一般在10mV以下,。
下圖是LDO前后的紋波對(duì)比：
對(duì)比曲線上圖的曲線和左圖的波形，可以看出對(duì)幾百KHz的開關(guān)紋波,，LDO的抑制效果非常好,。但在高頻范圍內(nèi)，該LDO的效果就不那么理想了,。
對(duì)于高頻噪聲,，由于頻率高幅值較大，后級(jí)濾波雖然有一定作用,，但效果不明顯,。這方面有專門的研究，簡(jiǎn)單的做法是在二極管上并電容C或RC,，或串聯(lián)電感,。
4，在二極管上并電容C或RC
上圖是實(shí)際用二極管的等效電路,。二極管高速導(dǎo)通截止時(shí),，要考慮寄生參數(shù)。在二極管反向恢復(fù)期間,，等效電感和等效電容成為一個(gè)RC振蕩器,，產(chǎn)生高頻振蕩。為了抑制這種高頻振蕩，需在二極管兩端并聯(lián)電容C或RC緩沖網(wǎng)絡(luò),。電阻一般取10Ω-100 Ω,，電容取4.7pF-2.2nF。
在二極管上并聯(lián)的電容C或者RC,，其取值要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能確定,。如果選用不當(dāng)，反而會(huì)造成更嚴(yán)重的振蕩,。
對(duì)高頻噪聲要求嚴(yán)格的話,，可以采用軟開關(guān)技術(shù)。關(guān)于軟開關(guān),，有很多書專門介紹,。
5，二極管后接電感（EMI濾波）
這也是常用的抑制高頻噪聲的方法,。針對(duì)產(chǎn)生噪聲的頻率,，選擇合適的電感元件，同樣能夠有效地抑制噪聲,。需要注意的是,，電感的額定電流要滿足實(shí)際的要求。比較簡(jiǎn)單的做法,，不再詳細(xì)解釋,。
小結(jié)
以上是關(guān)于開關(guān)電源紋波，總結(jié)的一些內(nèi)容,，如果能加些波形就更好了,。雖然可能不太全，但對(duì)一般的應(yīng)用已經(jīng)足夠了,。關(guān)于噪聲抑制,，實(shí)際中并不一定全部應(yīng)用，重要的是根據(jù)自己的設(shè)計(jì)要求,，比如產(chǎn)品體積,，成本，開發(fā)周期等,，選擇合適的方法,。