天逸开关——开关电源纹波的5种抑制方法

1、增加电感和输出电容滤波

　　根据开关电源的公式，电感中的电流波动与电感值成反比，输出纹波与输出电容值成反比。因此，增加电感值和输出电容值可以减少纹波。

　　同理，输出纹波与输出电容的关系：vripple=Imax/(Co×f)。可以看出，增大输出电容的值可以减小纹波。

　　通常，对于输出电容器，使用铝电解电容器来实现大容量。但是电解电容抑制高频噪声的效果不是很好，ESR也比较大，所以旁边会并联一个陶瓷电容，弥补铝电解电容的不足。

　　同时，开关电源工作时，输入端电压Vin不变化，但电流随开关变化。这时，输入电源将不能很好地提供电流。通常，它靠近电流输入端（BucK型的情况下，靠近SWITcH），并联电容来提供电流。

　　上述方法对降低纹波的效果是有限的。由于体积限制，电感不会太大；输出电容增加到一定程度，对降低纹波无明显效果；增加开关频率会增加开关损耗。因此，在要求比较严格的情况下，这种方法不是很好。开关电源的原理可以参考各种开关电源设计手册。

　　2、两级滤波，即加一级LC滤波器

　　LC滤波器对噪声纹波的影响更为明显。根据要去除的纹波频率，选择合适的电感和电容构成滤波电路，一般可以很好地降低纹波。

　　如果采样点选择在LC滤波器之前（Pa），输出电压会下降。因为任何电感都有直流电阻，当有电流输出时，电感两端会有压降，导致电源输出电压下降。而这个压降随着输出电流的变化而变化。

　　在LC滤波器（Pb）之后选择采样点，这样输出电压就是我们想要的电压。但这会在电源系统内部引入电感器和电容器，可能会导致系统不稳定。关于系统的稳定性，已经介绍了很多资料，这里就不详细写了。

　　3、开关电源输出后接LDO滤波器

　　这是减少纹波和噪声的最有效方法。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、耗电最大的方法。任何LDO都有一个指标：噪声抑制比。它是一条频率-dB曲线，如右图所示是凌力尔特公司的LT3024的曲线。

　　以减少纹波。开关电源的PCB布局也很关键，这是一个很厉害的问题。有专门的开关电源PCB工程师。对于高频噪声，由于频率高、幅度大，后置滤波器虽然有一定效果，但效果并不明显。这方面有专门的研究，简单的方法是在二极管上并联一个电容C或RC，或者串联一个电感。

　　4、二极管上并联电容C或RC

　　二极管高速开通和关断时应考虑寄生参数。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，必须在二极管两端并联一个电容器C或RC缓冲网络。电阻一般为10Ω-100Ω，电容为4.7pF-2.2nF。

　　二极管上并联的电容C或RC的值只能经过反复试验才能确定。如果选择不当，会引起更严重的振荡。

　　如果对高频噪声有严格要求，可以采用软开关技术。有很多专门介绍软开关的书籍。

　　5、电感后接二极管（EMI滤波器）

　　这也是一种常用的抑制高频噪声的方法。针对噪声的频率，选择合适的电感元件也能有效抑制噪声。需要注意的是，电感的额定电流必须符合实际要求。更简单的方法将不再详细解释。

天逸开关——开关电源纹波的5种抑制方法

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