纹波 电源常见纹波和噪声以及如何抑制

低频纹波

低频纹波与输出电路的滤波电容有关。由于开关电源体积的限制，电解电容的容量不能无限增大，导致输出低频纹波的残留，随整流电路模式不同而变化。

通用开关电源由交流/DC和DC/DC组成。交流/DC变换器的基本结构是整流滤波电路，其输出DC电压含有交流低频纹波，其频率是输入交流电源频率的两倍，其幅值与电源输出功率和滤波电容容量有关，一般控制在10%以内。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变换器的比值和控制系统的增益决定。

低频纹波

例如，对于一个普通的24V电源，压控DC/DC变换器的纹波抑制比一般为45 ~ 50 dB，其输出端的低频交流纹波有效值为60 ~ 120 mV。电流模式控制的DC/DC变换器的纹波抑制比略有提高，但其输出端的低频交流纹波仍然很大。为了实现开关电源的低纹波输出，必须对低频电源纹波进行滤波。可以通过预稳压和增加DC/DC变换器的闭环增益来消除。

低频纹波的抑制

a、增加输出低频滤波器的电感和电容参数，将低频纹波降低到要求的指标。

b、采用前馈控制方法减少低频纹波分量。

高频纹波

高频纹波噪声来自高频功率开关转换电路。在电路中，如果输入DC电压经过功率器件的高频开关转换，然后整流滤波实现稳定输出，其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波，其对外部电路的影响主要与开关电源的开关频率和输出滤波器的结构及参数有关。在设计中，可以尽可能提高功率变换器的工作频率，以降低对高频开关纹波的滤波要求。

高频纹波

高频纹波的抑制

a、提高开关电源的工作频率，以提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波。

B.增加输出高频滤波器，抑制输出高频纹波。

c、采用多级过滤。

共模纹波噪声

由于功率器件与散热器底板以及变压器一次侧和二次侧之间存在寄生电容和寄生电感，当矩形波电压作用在功率器件上时，开关电源的输出端会产生共模纹波噪声。通过在输出侧增加共模抑制电感和电容，可以降低控制功率器件、变压器和机箱接地之间的寄生电容，降低共模纹波噪声。

共模纹波噪声

A.输出采用特别设计的电磁干扰滤波器

B.降低开关毛刺幅度

超高频共振噪声

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、功率器件结电容和开关功率器件时线路寄生电感的谐振，频率一般为1 ~ 10 MHz。通过选择软恢复二极管、结电容小的开关管和减少布线长度，可以降低超高频谐振噪声。

超高频共振噪声

超高频谐振噪声的抑制

选择软恢复二极管、结电容小的开关管和减少布线长度可以降低超高频谐振噪声。

闭环调节控制引起的纹波噪声

开关电源需要闭环控制输出电压，调节器参数设计不当也会产生纹波。当输出端波动时，通过反馈网络进入调节器回路，可能导致调节器自振荡，引起附加纹波。这个纹波电压一般没有固定的频率。

闭环调节控制引起的纹波噪声

闭环调节控制引起的纹波噪声的抑制

在开关DC电源中，调节器参数选择不当往往会导致输出纹波增大，可通过以下方法进行抑制。

A.调节器的输出端增加了接地补偿网络，调节器的补偿可以抑制调节器自激引起的纹波增加。

B.合理选择开环放大倍数和闭环调节器参数。过大的开环放大倍数有时会引起调节器的振荡或自激，从而增加输出纹波含量，而过小的开环放大倍数则会恶化输出电压稳定性，增加纹波含量。因此，调试时应合理选择开环放大倍数和闭环调节器的参数，并根据负载情况进行调整。

c、反馈通道中不增加纯滞后滤波环节，使延迟滞后最小化，增加闭环调节的快速性和及时性，有利于抑制输出电压纹波。