开关噪声-EMC连载

从本文开始将围绕“开关噪声-EMC”这一主题，对开关电源相关的EMC及其对策等进行解说。计划先介绍EMC相关的基础知识，然后再探讨噪声对策相关的内容。

第一篇将以“何谓EMC”为题，先来熟悉EMC相关的术语，以此作为起点。相关的英语缩写较多，EMC也是其中之一，下面将列出一些相似的缩写。如果不能很好地理解各个术语的意义，在使用时，某些情况下可能会存在无法准确传递信息、无法沟通的情况。

何谓EMC

EMC是Electromagnetic Compatibility（电磁兼容性）的缩写，在日语中多用“电磁两立性”或“电磁适合性”等字样来表达，可能还有其他一些表述方式。意为“不对其他设备产生电磁干扰，即使受到来自其他设备的电磁干扰仍保持原有的性能”，因需要兼备两种性能而被称为“电磁兼容性”。

“不对其他设备产生电磁干扰”是指如果不有意识地确保这一性能就会给其他设备带来电磁干扰。EMI （Electromagnetic Interference）是表示电磁干扰（电磁干涉、电磁妨碍）的术语。由于发射电磁波会导致干扰，所以经常与Emission（辐射、发射）这一术语成对使用。从开关电源方面讲，是指因开/关工作而产生开关噪声。

与之相反的“即使受到来自其他设备的电磁干扰”相关的术语是EMS（Electromagnetic Susceptibility）－电磁敏感性。EMS多与Immunity（耐受性、抗扰度、排除能力）成对使用。要求具备“即使受到EMI，也不会引起误动作等问题”的耐受能力。

EMI分为传导噪声（Conducted Emission）和辐射噪声（Radiated Emission）两种。这两个术语在日文中用日语表达多于用英语缩写表达。传导噪声是指经由线体或PCB板布线传导的噪声。辐射噪声是指排放（辐射）到环境中的噪声。对于这些噪声，EMS中分别都有抗扰度要求。它们的关系如下。

以上即相关术语解释及关系。简而言之，即EMC是EMI和EMS是否满足标准规范的关键。将上述解说汇总如下。

关键要点:

?EMC（电磁兼容性）是指兼备EMI和EMS两方面的性能。

?EMI（电磁干扰）是指因辐射/排放（Emission）电磁波而对环境产生的干扰。

?EMS（电磁敏感性）是指对电磁波干扰（EMI）的耐受性/抗扰度（Immunity）。

作为基础内容，先简单介绍一下“何谓频谱？”。根据日文版“大英百科全书小项目版（支持电子版）”的解释，“将电磁波分解为正弦波分量，并按波长顺序排列的波谱”，将该释义扩展开来就是“将具有复杂组成的东西分解为单纯成分，并把这些成分按其特征量的大小依序排列（部分省略）”。虽然所引用的解释比较简短，不过再次仔细思考就会觉得“的确如此”。

这里介绍的频谱是指电气信号的频谱。具体来说，是基于通称“频谱分析仪/Spectrum Analyzer”的频谱分析仪器的数据（横轴作为频率，纵轴作为功率或电压）进行介绍。

频谱基础

本文的主题是“开关电源的EMC”，因此电气信号是以开关信号为前提的。首先来看下面的原理示意图。在表示开关信号的脉冲波形中，包括tw（脉冲宽度）和ts（上升/下降时间）。

中间的图是基于傅里叶变换的理论上的脉冲波形频谱。这是“振幅随着频率的升高而衰减，衰减斜率随着tw 和ts而变化”的常见频谱。

右图表示脉冲的ts延迟后的频谱变化。斜率变为-40dB/dec时的1/πts频率降低是理所当然的，最终结果是其后的振幅减少。简而言之就是“当ts延迟时频谱的振幅衰减”。

接下来将使用实际的频谱分析仪数据来看频率等其他参数变化时的频谱变化。这里的关键点是“对于信号波形的变化，频谱将以怎样的趋势变化”。这是用来通过实际的开关电源电路的开关相关的频谱来分析并解决EMC问题所必须的知识。

波形变化与频谱变化

前面给出的图是用来比较的默认条件下的数据。下面波形图中的条件是：振幅10V，频率400kHz，Duty （占空比）50%，tr/tf（上升时间/下降时间）10ns。

中间的图表示n次谐波和振幅（V）的关系。1倍的频率＝基波，也就是说400kHz的分量最大，以奇数倍的频率形成频谱。

谐波仅为奇数次是Duty为50%＝1：1的频谱特征。各分量的大小为基波分量的1/次数，例如3次谐波分量为1/3，n次谐波分量为1/n。

右图是振幅为dBμV的对数曲线图。顺便提一下，dBμV是基于以1μV电压为基准的电压比的dB值。

①将频率变更为2MHz时的频谱。从频率－振幅（dBμV）关系图可以明确看出，当频率增加时振幅整体增加。

②tr和tf同时延迟为100ns时的频谱。结果如原理示意图所示，进入-40dB/dec衰减时的频率降低，频谱的振幅衰减。

③将Duty50%变为20%时的频谱。由于Duty不是1:1，因此会产生偶次谐波，但峰值基本上没变化。随着脉冲宽度tw变窄，基波频谱的振幅衰减。

④仅tr（上升时间）延迟时的频普。tr相关的分量因tr延迟而从更低的频率开始衰减。

下面汇总了每种情况的结果。总而言之，当频率较低且上升/下降较慢时，频谱会衰减。从EMC的角度来看，也就是频谱的振幅较低时更有利。

①频率升高

②上升/下降延迟

③Duty变更

④仅上升延迟

频谱的振幅整体増加?

进入-40dB/dec衰减时的频率变低，频谱的振幅衰减?

产生偶次谐波，但对谱峰无影响。?

基波频谱衰减

tr分量从更低的频率开始衰减?

另外，这里的“频谱”是指英语的“Spectrum”。虽然这并非本文主题，但稍微介绍一下仅作为了解。

下次计划介绍“差模噪声与共模噪声”。

关键要点:

?当频率升高时，频谱振幅整体增加。

?上升/下降延迟时，进入-40dB/dec衰减时的频率降低，频谱的振幅衰减。

?Duty变更时，虽然会产生偶次谐波，但对谱峰无影响。基波频谱衰减。

?仅上升延迟时，tr分量从更低的频率开始衰减。

差模（常模）噪声与共模噪声

传导噪声可分为两种。一种是“差模噪声”，也称为“常模噪声”。这两种称呼有时可根据条件区分使用，不过在本文中作为相同的名词处理。另一种是“共模噪声”。来看下图。本文是围绕电源展开介绍的，因此图例是将带有电路的印刷电路板（PCB）装在壳体中，并由外部给电的示例图。

差模噪声产生在电源线之间，是噪声源对于电源线串联进入，噪声电流与电源电流方向相同。由于往返方向相反而被称为“差模（Differential mode）”。

共模噪声是经杂散电容等泄漏的噪声电流经由大地返回电源线线的噪声。因电源的（＋）端和（－）端流过的噪声电流方向相同而被称为“共模（Common mode）”。在电源线间不产生噪声电压。

如前所述，这些噪声即为传导噪声。不过，由于电源线中流动着噪声电流，因此会发出噪声。

由差模噪声引起的辐射的电场强度Ed可通过左下方的公式来表示。Id为差模中的噪声电流，r为到观测点的距离，f为噪声频率。差模噪声会产生噪声电流环，因此环路面积S是非常重要的因素。如图和公式所示，假设其他因素固定，环路面积越大则电场强度越高。

由共模噪声引起的辐射的电场强度Ec可通过右下方的公式来表示。如图和公式所示，线缆长度L是非常重要的因素。

为了更好地认识每种噪声引发的辐射特点，接下来代入实际数值来计算一下电场强度＊1。条件完全相同。电场强度的观测点用蓝色圆点来表示。*1：公式来源－EMC工学详解实用降噪技法作者Henry W.Ott－东京电机大学出版社

这个计算结果中非常重要的一点是：噪声电流值相同的情况下，共模噪声辐射要大得多（在本例中约大100倍）。不管怎样，这些传导噪声和辐射噪声即EMI如果超出了容许范围，就需要采取降噪对策。特别需要记住的是，在考虑辐射噪声对策时，针对共模噪声的对策是非常重要的。

关于具体对策，后续会逐步介绍，其中最原则性的噪声对策是差模噪声要减少环路面积S（比如线缆采用绞合线），共模噪声要极力缩短线缆长度。不过一定会遇到受配置和材料等限制的情况，此时需要探讨增加滤波器的方法。

希望通过本文使您能够对噪声的种类和性质有初步了解。

关键要点:

?电磁干扰EMI大致可分为“传导噪声”和“辐射噪声”两种。

?传导噪声可分为差模（常模）噪声和共模噪声两类。

?关于辐射噪声，差模噪声的线缆环路面积、共模噪声的线长是非常重要的因素。

?注意；即使条件相同，共模噪声带来的辐射远远大于差模噪声。

串扰

串扰是由于线路之间的耦合引发的信号和噪声等的传播，也称为“串音干扰”。特别是“串音”在模拟通讯时代是字如其意、一目了然的表达。两根线（也包括PCB的薄膜布线）独立的情况下，相互间应该不会有电气信号和噪声等的影响，但尤其是两根线平行的情况下，会因存在于线间的杂散（寄生）电容和互感而引发干扰。所以，串扰也可以理解为感应噪声。

线间耦合有杂散（寄生）电容引发的电容（静电）耦合和互感引发的电感（电磁）耦合。这些耦合现象会引发干扰。下图为每种耦合的示意图以及最简化的等效电路。

上图中用公式给出了将两者从噪声源的布线模式1到附近的布线模式2所产生的噪声电压Vn。R为电阻，C为电容，M为互感，Vs为噪声源电压，Is为噪声源电流。

在这里请记住，平行的布线间会发生串扰。顺便提一下，如果布线是正交结构，则杂散电容和互感都会显著减少。

关键要点:

?平行的布线间会产生串扰。

?串扰的因素有杂散（寄生）电容引发的电容（静电）耦合和互感引发的电感（电磁）耦合。

开关电源产生的噪声

首先，使用同步整流型降压DC/DC转换器的等效电路来了解一下开关电流的路径。

SW1为高边开关，SW2为低边开关。SW1导通（SW2为OFF）时，电流路径是从输入电容器到SW1、再经由电感L到输出电容器。SW2导通（SW1为OFF）时，电流路径是从SW2经由L再到输出电容器。下图表示这些电流路径的差分，每当开关ON/OFF时，红色线路的电流都会急剧变化。该环路的电流变化非常剧烈，所以会因PCB板布线电感而在环路内会产生高频振铃。

图中表示构成电源电路的外置部件、实装多层电路板的寄生分量及振铃的关系。

红色部分标出的是上图所表示的电流在急剧变化的环路中的寄生分量。布线中存在布线电感，通常每1mm 有1nH左右的电感。另外，电容器中存在等效串联电感ESL，MOSFET的各引脚间存在寄生电容。因此，如红框内的图例所示，开关节点将产生100MHz～300MHz的振铃。所产生的电流及电压，可通过两个公式求得。

此振铃会作为高频开关噪声带来各种影响。虽然有采取相应的措施，但由于无法从电源IC处去除安装电路板的寄生分量，因此只能通过PCB板布局设计及采用去藕电容来解决。关于PCB板布局，在DC/DC转换器的“PCB板布局”部分有详细介绍，请参考。

关于差模噪声和共模噪声，请点击这里了解详情；关于串扰，在这里有详细介绍。关于共模滤波器，将在后续章节进行介绍。

关键要点:

?在开关时会产生急剧电流ON/OFF的环路中，会因寄生分量产生高频振铃＝开关噪声。

?这种开关噪声可通过优化PCB板布线等来降低，但即使这样，残留的噪声也会作为共模噪声传导至输入电源，因此需要采取防止噪声漏出的措施。

噪声对策和产品开发阶段

在介绍噪声对策步骤之前，先来了解一下从产品的设计/开发到量产的过程中，应该在哪些阶段采取噪声对策。

右图是相对于设计/开发、评估、量产的时间轴，采取噪声对策的灵活性（即可以采取的对策的选项多少）以及对策所需成本的示意图。纵轴可以理解为越往上越“高”。

由图可见，随着开发进程的推进，可使用的噪声对策技术和手段越来越有限，对策成本也越来越高。开始量产后发现噪声问题，想采取对策，但无奈产品已成型，束手无策，最终只能变更PCB板．．.等等，这样的事情谁也不希望发生。

大原则是，在产品开发的初期阶段，预先进行充分的探讨与评估，这样，即使发现噪声问题，也可以从容有效地采取噪声对策。另外还有一点非常重要，那就是掌握噪声的种类和性质，并针对不同的噪声采取不同的有效对策。如果盲目地采取对策，常常会发生不仅降噪效果差，甚至导致噪声反而恶化的情况。

噪声对策步骤

如前所述，盲目的对策只会增加损失。在确定对策之前，需要遵循以下几个步骤：

●步骤1：把握开关波形的频率成分

需要确认开关频率、上升/下降、过冲/下冲、振铃等与基波同时产生的不同现象的频率成分。这有助于根据希望解决的目标噪声的频率来确定不同的对策方法和相应部件，如果选择不当，效果则可能不理想。●步骤2：把握噪声产生源与传导路径

确认所产生的开关噪声是从哪一路径传导到一次侧或二次侧的。噪声对策需要在噪声的传导路径实施。而且，必须对所有的传导路径采取对策。哪怕忽略了一处传导路径，对策也是不完全的。

●步骤3：强化GND

噪声对策的最后一步是增加降噪部件，但在此之前应该先探讨加强PCB（印刷电路板）的GND。优异的GND设计不仅可降低噪声，还是提升性能和稳定性的重要环节。通过强化GND，可降低环路的阻抗。另外，还可有效提升滤波器的效果。

●步骤4：增加滤波器等降噪部件

最后是根据噪声的种类和性质，探讨相应的噪声对策部件并在电路中添加相应部件，比如通过滤波器来滤除、通过旁路电容来旁路滤除、通过芯片磁珠等的电阻成分来吸收噪声等。滤波器、旁路电容的效果等如步骤3所述，会受GND好坏的影响，所以请务必先强化GND。

关键要点:

?随着开发进程的推进，可使用的噪声对策技术和手段越来越有限，对策成本也越来越高。

?在产品开发的初期阶段，预先进行充分探讨与评估，可以从容有效地采取噪声对策。

?掌握噪声的种类和性质，并针对不同的噪声采取不同的有效对策是非常重要的。

?噪声对策按照“把握频率成分→把握产生源和传导路径→强化GND→增加降噪部件”的步骤进行。

开关电源噪声对策的基础知识

此前对“差模（常模）噪声与共模噪声”和“串扰”的基本噪声进行了介绍。下图是这些噪声及其相应的基本对策。

要想降低差模噪声（蓝色），可在电路板上缩小大电流路径的环路面积，并增加最优解耦和输入滤波器。尽可能地抑制噪声的发生源–差模噪声是非常重要的，这也关系到降低共模噪声。

而降低共模噪声（红色）的方法有缩短布线，抑制串扰，还有切断共模路径（增加阻抗）。

后续将依次对图中红色字体所示的滤波器（输入滤波器及共模滤波器）和解耦进行解说。

关键要点:

?要想降低差模噪声，可在电路板上缩小大电流路径的环路面积，并增加最优解耦和输入滤波器。

?尽可能地抑制噪声的发生源--差模噪声是非常重要的，也关系到降低共模噪声。

?要想降低共模噪声，可缩短布线，抑制串扰，切断（滤波）共模路径。

开关电源的输入滤波器

开关电源的输入滤波器是针对共模噪声和差模噪声，分别采用适合不同噪声特性的滤波器。

差模滤波器

共模滤波器采用电容器、电感、铁氧体磁珠和电阻等。图例中是使用了LC的π型滤波器。各部件对噪声具有如下作用：

电容器：将噪声电流旁路到GND。

电感：反射噪声电流。

铁氧体磁珠：将噪声电流的低频信号通过电感成分反射、高频信号通过电阻成分转换为热。

电阻：将噪声电流转换为热。

共模滤波器

对于共模噪声的对策是使用共模滤波器（共模扼流圈）。共模滤波器大致可以分电源线路用和信号线路用两种。在开关电源的输入端一般使用电源线路用的共模滤波器。通过提高共模电流路径的阻抗来切断路径。下一篇文章将具体介绍电容器和噪声的相关内容。

关键要点:

?开关电源的输入滤波器，需要针对共模噪声和差模噪声分别采用不同的处理。

?对共模噪声使用共模滤波器。

?对差模噪声使用由电容器、电感、磁珠、电阻等部件组成的滤波器。

电容的频率特性

探讨利用电容器来降低噪声时，充分了解电容器的特性是非常重要的。右下图为电容器的阻抗和频率之间的关系示意图，是电容器最基础的特性之一。

电容器中不仅存在电容量C，还存在电阻分量ESR（等效串联电阻）、电感分量ESL（等效串联电感）、与电容并联存在的EPR（等效并联电阻）。EPR与电极间的绝缘电阻IR或电极间有漏电流的具有相同的意义。可能一般多使用“IR”。

C和ESL形成串联谐振电路，电容器的阻抗原则上呈上图所示的V字型频率特性。到谐振频率之前呈容性特性，阻抗下降。谐振频率的阻抗取决于ESR。过了谐振频率之后，阻抗特性变为感性，阻抗随着频率升高而升高。感性阻抗特性取决于ESL。

谐振频率可通过以下公式计算。

从该公式可以看出，容值越小、ESL越低的电容器，谐振频率越高。如果将其应用于噪声消除，则容值越小、ESL越低的电容器，频率越高，阻抗越低，因此可以很好地消除高频噪声。

虽然这里说明的顺序有些前后颠倒，不过使用电容器降低噪声的对策，是利用了电容器“交流通过时频率越高越容易通过”这个基本特性，将不需要的噪声（交流分量）经由信号、电源线旁路到GND等。

下图为不同容值的电容器的阻抗频率特性。在容性区域，容值越大，阻抗越低。另外，容值越小，谐振频率越高，在感性区域阻抗越低。

下面总结一下电容器阻抗的频率特性。

● 容值和ESL越小，谐振频率越高，高频区域的阻抗越低。

● 容值越大，容性区域的阻抗越低。

● ESR越小，谐振频率的阻抗越低。

● ESL越小，感性区域的阻抗越低。

简单来说，阻抗低的电容器具有出色的噪声消除能力，不同的电容器其阻抗的频率特性也不同，所以这一特性是非常重要的确认要点。选择降噪用电容器时，请根据阻抗的频率特性来选型（而非容值）。

选择降噪用电容器时，确认频率特性需要意识到连接的是LC的串联谐振电路（而非电容）。

关键要点:

?降噪用电容器的选型需要根据阻抗的频率特性进行（而非容值）。

?容值和ESL越小，谐振频率越高，高频区域的阻抗越低。

?容值越大，容性区域的阻抗越低。

?ESR越小，谐振频率的阻抗越低。

?ESL越小，感性区域的阻抗越低。

使用电容器降低噪声

噪声分很多种，性质也是多种多样的。所以，噪声对策（即降低噪声的方法）也多种多样。在这里主要谈开关电源相关的噪声，因此，请理解为DC电压中电压电平较低、频率较高的噪声。另外，除电容外，还有齐纳二极管和噪声/浪涌/ESD抑制器等降噪部件。不同的噪声性质，所需要的降噪部件也各不相同。如果是DC/DC转换器，多数会根据其电路和电压电平，用LCR来降低噪声。

使用电容器降低噪声的示意图

下面是通过添加电容器来降低DC/DC转换器输出电压噪声的示例。

左侧的波形是输出端LC滤波器的电容为22μF时，在约200MHz的频率范围存在180mVp-p左右的噪声（振铃、反射）。右侧波形是为了降低这种噪声而添加了2200pF电容后的结果。从波形图可以看出，添加2200pF 的电容使噪声降低了100mV左右。

这里应该思考的是“为什么是2200pF”。右下图为所添加电容器的阻抗频率特性。

之所以选择2200pF的电容，是因为阻抗在160MHz附近最低，利用这种阻抗特性，可降低噪声幅度约2MHz。这是通过添加电容器来降低目标噪声频率的阻抗，从而降低噪声幅度的手法。

像这样通过添加电容器来降低噪声时，需要把握噪声（振铃、反射）的频率，并选择具有相应阻抗的频率特性的电容器。

本文简单介绍了利用电容器来降低噪声的对策。下一篇文章将介绍去耦电容的有效使用方法。

关键要点:

?通过降低目标噪声频率的阻抗来降低噪声幅度。

?降噪用电容器的选型需要根据阻抗的频率特性进行（而非容值）。

去耦电容的有效使用方法

去耦电容有效使用方法的要点大致可以分为以下两种。另外，还有其他几点需要注意。本文就以下三点中的“要点1”进行介绍。

● 要点1：使用多个去耦电容

● 要点2：降低电容的ESL（等效串联电感）

● 其他注意事项

要点1：使用多个去耦电容

去耦电容的有效使用方法之一是用多个（而非1个）电容进行去耦。使用多个电容时，使用相同容值的电容时和交织使用不同容值的电容时，效果是不同的。

?使用多个容值相同的电容时

如图是使用1个22μF的电容时（蓝色）、增加1个变为2个时（红色）、再增加1个变为3个（紫色）时的频率特性。

如图所示，当增加容值相同的电容后，阻抗在整个频率范围均向低的方向转变，也就是说阻抗越来越低。这一点可通过思考并联连接容值相同的电容时，到谐振点的容性特性、取决于ESR（等效串联电阻）的谐振点阻抗、谐振点以后的ESL（等效串联电感）影响的感性特性来理解。

并联的电容容值是相加的，所以3个电容为66μF，容性区域的阻抗下降。

谐振点的阻抗是3个电容的ESR并联，因此为，假设这些电容的ESR全部相同，则ESR减少至1/3，阻抗也下降。

谐振点以后的感性区域的ESL也是并联，因此为，假设3个电容的ESL全部相同，则ESL减少至1/3，阻抗也下降。

由此可知，通过使用多个相同容值的电容，可在整个频率范围降低阻抗，因此可进一步降低噪声。

?使用多个容值不同的电容时

这些曲线是在22μF的电容基础上并联增加0.1μF、以及0.01μF的电容后的频率特性。

通过增加容值更小的电容，可降低高频段的阻抗。相对于一个22μF电容的频率特性来说，0.1μF和0.01μF 的特性是合成后的特性（红色虚线）。

这里必须注意的是，有些频率点产生反谐振，阻抗反而增高，EMI恶化。反谐振发生于容性特性和感性特性的交叉点。

所增加电容的电容量，一般需要根据目标降噪频率进行选型。

另外，在这里给出的频率特性波形图是理想的波形图，并未考虑PCB板的布局布线等引起的寄生分量。在实际的噪声对策中，需要考虑寄生分量的影响。下一篇文章将介绍第2个要点。

关键要点:、

?去耦电容的有效使用方法有两个要点：①使用多个电容，②降低电容的ESL。

?使用多个电容时，容值相同时和不同时的效果不同。

要点2：降低电容的ESL

去耦电容的有效使用方法的第二个要点是降低电容的ESL（即等效串联电感）。虽说是“降低ESL”，但由于无法改变单个产品的ESL本身，因此这里是指“即使容值相同，也要使用ESL小的电容”。通过降低ESL，可改善高频特性，并可更有效地降低高频噪声。

?即使容值相同也要使用尺寸较小的电容

对于积层陶瓷电容（MLCC），有时会准备容值相同但尺寸不同的几个封装。ESL取决于引脚部位的结构。尺寸较小的电容基本上引脚部位也较小，通常ESL较小。

右图是容值相同、大小不同的电容的频率特性示例。如图所示，更小的1005尺寸的谐振频率更高，在之后感性区域的频率范围阻抗较低。这正如在“电容的频率特性”中所介绍的，电容的谐振频率是基于以下公式的，从公式中可见，只要容值相同，ESL越低谐振频率越高。另外，感性区域的阻抗特性取决于ESL，这一点也曾介绍过。

关于噪声对策，当需要降低更高频段的噪声时，可以选择尺寸小的电容。

?使用旨在降低ESL的电容

积层陶瓷电容中，有些型号采用的是旨在降低ESL的形状和结构。

如图所示，普通电容的电极在短边侧，而LW逆转型的电极则相反，在长边侧。由于L（长度）和W（宽度）相反，故称“LW逆转型”。是通过增加电极的宽度来降低ESL的类型。

三端电容是为了改善普通电容（两个引脚）的频率特性而优化了结构的电容。三端电容是将双引脚电容的一个引脚（电极）的另一端向外伸出作为直通引脚，将另一个引脚作为GND引脚。在上图中，输入输出电极相当于两端伸出的直通引脚，左右的电极当然是导通的。这种输入输出电极（直通引脚）和GND电极间存在电介质，起到电容的作用。

将输入输出电极串联插入电源或信号线（将输入输出电极的一端连接输入端，另一端连接输出端），GND 电极接地。这样，由于输入输出电极的ESL不包括在接地端，因此接地的阻抗变得非常低。另外，输入输出电极的ESL通过在噪声路径直接插入，有利于降低噪声（增加插入损耗）。

通过在长边侧成对配置GND电极，可抑制ESL；再采用并联的方式，可使ESL减半。

基于这样的结构，三端电容不仅具有非常低的ESL，而且可保持低ESR，与相同容值相同尺寸的双引脚型电容相比，可显著改善高频特性。

关键要点:

?去耦电容的有效使用方法有两个要点：①使用多个电容，②降低电容的ESL。?通过降低电容的ESL，可改善高频特性，并可更有效地降低高频噪声。

?有的电容虽然容值相同，但因尺寸和结构不同而ESL更小。

开关电源纹波、噪声浅谈 纹波与噪声 纹波 开关电源的输出并不是真正恒定的，输出存在着周期性的抖动，这些抖动看上去就和水纹一样，称为纹波。 纹波可以是电压或电流纹波。 通常用2个参数来描述纹波： 最大纹波电 压：纹波的峰峰值。 纹波系数：交流分量的有效值与直流分量之比。 纹波产生的原因 开关电源的纹波来自2个地方： 低频纹波：来自AC输入的周期，电源对输入的抑制比不是完美的，当输入变化，输出也会变化。 高频纹波：来自开关切换的周期，开关电源不是线性连续输出能量，而是将能量组成一个个包来传输，因此会存在和开关周期相对应的纹波。 如果是线性电源，是没有开关纹波的，只有低频纹波。 纹波与噪声

纹波是由于AC周期或开关周期引起的输出抖动，而噪声是随机耦合到输出上的高频信号，是不一样的。 恒流 LED恒流驱动 为什么照明用LED都是电流驱动？ LED是二极管，而二极管的PN结的正向导通阻抗是负温度系数，随着温度的升高，二极管正向导通阻抗降低。 如果用恒压源驱动LED，随着LED工作，温度开始升高，温度升高后，正向导通阻抗降低，由于I=U/R，电流升高，且由于功率P=U*I，功率也增加，LED发热更厉害，进一步刺激温度升高，陷于恶性循环，直到LED损坏。 恒压源驱动时，温度和电路是一对正反馈。 所以照明LED都是恒流驱动，如果是非照明，LED几乎没有温升，此时可以用恒压驱动。 恒流精度 恒流精度和其他电影的恒压效果一样，体现在几个方面。 当负载发生变化时，电源输出的电流的恒定程度。 在实际应用时，多个不同的LED串不可能阻抗特性完全相同，将这些不同的负载接到电源上后，电流的误差就定义为恒流精度。 不光是多负载，同一个LED，温度不同时，阻抗特性也不同，不同温度下电流也是有误差的，但这和前面的条件本质还是一样，都是负载变化。

关于开关电源音频噪声处理的一点经验 最近看到论坛很多人在问关于音频噪声的问题，刚好本人以前也有碰到不少同样的情况，也有做过笔记，现在翻出来整理下，希望对一些碰到该问题网友有帮助。 音频噪声一般指开关电源自身在工作的过程中产生的，能被人耳听到频率为20-20kHz的音频信号 主要有以下几种来源： 一：变压器产生的音频噪声 变压器是主要的音频噪声源。 1：磁致伸缩效应，磁芯材料的尺寸随磁通密度变化 3：磁芯中间存在的气隙，可使磁芯吸引力方向产生弯曲。 2：线圈移动，绕组间存在交变电流效应，产生吸引力和排斥力，使线圈反复移动 4：磁芯两部分在交流磁场中的相互吸引力使其产生移动，反复压迫接触面 5：骨架移动，磁芯片的位移可通过骨架传送和放大。 在以上几种移动源共同作用下，形成了比较复杂的机械系统，它能产生在人耳听力范围内的音频信号。 以下简单讲解能有效衰减各种机制产生的音频噪声的常见方法。 首先变压器要采用均匀浸渍，从而能有效填充线圈与线圈之间、线圈与骨架之间、骨架与磁芯之间的固有空隙，降低活动部件发生位移的可能性，必要时可以再磁性元件与线路板接触面填充白胶或喷涂三防漆，进一步减小机械振动的空间，有效降低噪声。 在条件允许的情况下尽量降低峰值磁通密度，要充分考虑高温时的饱和磁通密度，留足够余量防止工作曲线进入非线性区，可以有效降低变压器的音频噪声，有实验证明峰值磁通密度从3000高斯降为2000高斯即可将发出的噪音降低5 dB到15dB 条件允许可以使用非晶、超微晶合金等软磁材料，它们的磁均匀一致性远比一般铁氧体好得多，磁致伸缩效应趋于零，因此对应力不敏感 二：电容产生的音频噪声 通常为了抑制电磁干扰和减小器件电压应力，开关电源一般采用RC、RCD等吸收电路,吸收电容常常选用高压陶瓷电容，而高压陶瓷电容是由非线性电介质钛酸钡等材料制成，电致伸缩效应比较明显，在周期性尖峰电压的作用下，电介质不断发生形变从而产生音频噪声。 解决的方法是把吸收回路用的高压陶瓷电容换成电致伸缩效应很小的聚脂薄膜电容，这样可以基本消除电容产生的噪声。 三：电路振荡产生的音频噪声 当电源在工作过程中有问歇式振荡产生时，会引起线圈磁芯间歇式振动，当此振荡频率接近绕变压器的固有振荡频率时，易引发共振现象，此时将产生人耳所能听到的音频噪声。 电路振荡产生的原因有很多，下面简单讲解： 1：PCB设计不当

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F FT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）%，mv 2．1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。 2．2测试条件:

如何正确地测试纹波电压 纹波电压在产品中是一项很重要的参数，过大的纹波电压不仅会直接影响音频电路的信噪比，甚至引起电路的误动作。在实际做设计调试和测试时，我们发现很多同事并不知道如何去测试纹波，因此收集了一些网上资料结合实际经验总结出这篇文章，借此抛砖引玉。 由于目前产品中大量应用开关电源和DC-DC等电路进行供电和电压转化，此类设计由于应用了开关技术使供电的效率有了本质上的提高，大大减小了功率耗散；但同时也增加了输出的交流成分，即我们所说的纹波和噪声（Ripple & Noise）。 一、 纹波的概念： 纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值, 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的,由于滤波不干净,就会有剩余的交流成分,即便如此,就是用电池供电也因负载的波动而产生波纹。事实上,即便是最好的基准电压源器件,其输出电压也是有波纹的。 纹波应是AC和开关频率的整倍数,用傅里叶级数展开应该是mf越高,Am越小。杂噪应该是不规则的离散波,是由非线性器件对I、V互相反复调制,在负载、输入的AC变化、温度变化都使杂噪变化,其频带可能有数十MHz到1GHz,主要以辐射的形式存在。杂噪是一种常用的通俗说法。其共性就是具有随机性。但必须注意,噪声的分布一般呈现高斯分布,即白噪声,而纹波则不是。 输出纹波和输出电流和输出电压都有关系,主要是与电流的关系。 通常输出纹波近似等于输出电流乘上输出滤波电容的ESR值。所以并不是滤波电容的容量越大输出纹波越小,而应该是滤波电容的ESR值越小输出纹波越小。 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。 通常我们所说的纹波噪声是对电压信号而言。 二、 纹波噪声的成分分析： 测试纹波噪声，我们需要先对纹波噪声信号的成分进行区分。 如上图所示，纹波噪声可分为如下四个部分：

开关电源的纹波和噪声(图) 开关电源（包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块）与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%；其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右（低的为输出电压的0.5%左右），最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV；而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。 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

电源纹波噪声的产生及抑制 一、纹波 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处： 1.1．容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 1.2．降低了电源的效率； 1.3．较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 1.4．会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 1.5．会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示； 单位通常为：mV 例如： 一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV 就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1．以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；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。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面： 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声;

4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。 4.1、输入低频纹波: 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。要实现开关电源的低纹波输出，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。 △●电容上的纹波有两个成分,一个是充放电时的电压升降量，一个是电流进出电容时ESR上的I*R电压降量。 △●通过输出纹波与输出电容的关系式：vripple=Imax/(Co×f)可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。 △●或者考虑采用并联的方式减小ESR值,或者使用LOW ESR电容。 b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。 △●feed forward control(FFC)前馈控制是按照扰动产生校正作用的一种调节方式，主要用于一些纯滞后或容量滞后较大的被控参数的控制。 △●其目的是加速系统响应速度，改善系统的调节品质。 4.2、高频纹波: 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，其纹波电流△I可由下式算 出： 可以看出，增加L值，或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动。 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。 一般滤波多采用C型、LC型、CLC型，为了更好的抑制纹波，可以采用增加多一级LC滤波。 4.3、寄生参数引起的共模纹波噪声: 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

开关电源产生噪声的原因与解决方案 从数据中心的服务器到电信设备和工业系统，开关模式电源（SMPS）用于各种应用，因为它具有高效率，功率密度和低成本的快速瞬态响应等优点。 此外，为了通过更严格的新监管标准，电源产生的EMI必须保持低于以往的水平。 实际上，这些电源的开关频率会产生许多不同类型的噪声。之前有人认为它们是由开关频率引起的高频噪声的开关噪声开关转换，开关转换后振铃，以及在一个系统中运行的多个开关稳压器引起的拍频。 这里我们将研究开关稳压器和DC/DC转换器产生的这些不同类型的噪声，并讨论解决方案，包括滤波技术，以减少和最小化开关SMPS电源中的噪声。 SMPS噪声 根据Dostal，主要噪声类型是由开关频率产生的开关噪声供应。他说，通常，对于非隔离式DC/DC转换器，此噪声的频带在500 kHz和3 MHz之间。 但是，由于它取决于开关频率，因此可以使用低通滤波器轻松控制和滤除。开关噪声会产生输出纹波电压，如图1所示。可以使用无源LC低通滤波器或有源低通滤波器轻松滤除。 图1：由开关稳压器的开关频率引起的输出纹波电压（顶部）。使用LC滤波器的衰减纹波电压显示在底部。 然而，在我们进入滤波器设计之前，让我们更详细地检查输出纹波电压。 如公式1所示，开关稳压器的输出纹波电压可以通过电感电流纹波精确计算，电感电流纹波基于电感的实际电感值，开关转换器的输入和输出电压，开关频率（fSW）和输出电容（COUT））包括其等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）。 根据ADI的开关转换器数据手册，在电感选择方面存在一些折衷。例如，小电感器以较大的电感器电流纹波为代价提供更好的瞬态响应，而大电感器以较慢的瞬态响应能力为代

1 引言 对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源，但是它除了提供能量外，也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响，在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波。为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。 2 电源纹波 纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。 纹波用示波器可以看到，在直流电压上下轻微波动，就像水平面上波动的水纹一样，所以被称为纹波（见图1）。 图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形 2.1 电源纹波产生 我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类，输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于滤波不干净，直流电压中含有交流成分，这就产生了纹波。纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅不是定值，随时间而变，不同电源的纹波波形不一样。 产生电源纹波的因素有许多，即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。 线性电源

由于我国供电频率是50Hz，所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器，纹波电压的频率常常是50nHz，n取自然数，大小取决于整流电路的类型。对于半波整流，是1；对于全波整流，是2；对于三相全波整流，是6，即300Hz。所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ 或它的整数倍，幅值小，较易滤除，通常纹波可做到几mV。 如假定整流桥输出负载电流IL，负载电压VL，整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f，则其输出的纹波电压由表1各式计算。 表1 整流纹波电压 采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压，一般表示为： △U＝ILsin2wt／(2wC) (1) 从式(1)中可以看出，纹波频率为输人频率的两倍，其幅值正比于变换器的输出电流，反比于输人电压频率和平滑电容的大小。 开关电源 产生的纹波比较复杂、很难滤除且幅值较大。主要来源于五个方面:除低频纹波外还有高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声。一般开关电源的纹波比线性电源的纹波要大，频率要高。 ①高频纹波。高频纹波来源于开关变换电路。开关电源的开关管在导通和截止的时候，都会有一个上升和下降时间，这时候在电路中就会出现一个与开关上升与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。还有高频变压器的漏感也会产生高频干扰。这些噪声一般叫做高频纹波噪声，幅值通常要比纹波大得多。

如何降低电源纹波噪声的分析与应用 一、什么叫纹波？ 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量； 它主要有以下害处： 1、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 2、降低了电源的效率； 3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 4、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 5、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示； 例如：一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压 =10mv/12V=0.12 %； 三、纹波的测试方法 以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；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。 四、开关电源纹波的主要分类 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

开关电源的纹波和噪声 开关电源（包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块）与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%；其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右（低的为输出电压的0.5%左右），最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV；而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。 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。

开关电源各个专业纹波与噪声 纹波 ■开关电源的输出并不是真 上去就和水纹一样，称为纹 纹波可以是电压或电流纹波■通常用2个参数来描述纹最大纹波电压：纹波的峰峰纹波系数：交流分量的有效纹波产生的原因 ■开关电源的纹波来自低频纹波：来自AC 输入的周输出也会变化。 高频纹波：来自开关切换的量组成一个个包来传输，■如果是线性电源，是没有关电源各个专业名词解释不是真正恒定的，输出存在着周期性的抖动，称为纹波。 流纹波。 描述纹波： 的峰峰值。 的有效值与直流分量之比。 2个地方： 入的周期，电源对输入的抑制比不是完美的，当输切换的周期，开关电源不是线性连续输出能量，因此会存在和开关周期相对应的纹波。 是没有开关纹波的，只有低频纹波。 解释 ，这些 抖动看 当输入 变化，能量，而是 将能

纹波的影响 ■最大纹波会决定输出的峰 的影响，使得输出的峰值比比如，对LED 来说，过高的■过大的纹波系数会使得输求。 比如，对LED 来说，过大的■如果开关电源用来驱动电是驱动IC 这种高速型负载纹波与噪声 ■纹波是由于AC 周期或开的高频信号，是不一样的调整率 ■电源在使用时，有两个明 输入和负载发生变化时，出的峰值，本来输出是稳定的某个电压或电流峰值比平均值高，这可能会损坏负载。 过高的电流会减少LED 的寿命。 使得输出的能量不均衡平滑，从而偏离了直流输过大的纹波系数会使得LED 亮度变化，造成闪烁驱动电池，LED 灯这种负载，低频纹波的影响更型负载，高频纹波的影响更大。 期或开关周期引起的输出抖动，而噪声是随机耦合样的。 两个明显变化的外部条件：输入和负载。好的电，依然能维持恒压或恒流。 电流，由 于纹波直流输出 这个要成闪烁。 影响更大， 如果机耦合到 输出上 好的电源 应该在

开关电源具有线性电源无可比拟的许多优点：体积小，重量轻，效率高等等，但开关电源会产生电磁干扰，尤其是中大功率等级的开关电源干扰更为严重。这是由于开关电源存在着整流谐波、开关频率和它的谐波以及在开关转换中所固有的高速电流和电压瞬变。产生电磁干扰是开关电源本身的特点所决定的，是难以避免的，关键是如何采取有效的措施来减小其干扰程度。 通过对开关电源进行电磁兼容性测试得知，一般有以下四项指标不合格。 CE01100Hz～15KHz电源线传导发射。 CE0315KHz～50MHz电源线传导发射。 RE0125Hz～50KHz磁场辐射发射。 RE0214KHz～10GHz电场辐射发射。 2开关电源电磁干扰产生原因分析 开关电源按主电路型式可分为全桥式，半桥式，推挽式等几种，但无论何种类型的开关电源在工作时都会产生很强的噪声。它们通过电源线以共模或差模方式向外传导，同时还向周围空间辐射。开关电源对由电网侵入的外部噪声也很敏感，并经它传递到其他电子设备中产生干扰。图1是一种最简单的开关电源主电路型式，直流变换式它激单边型开关电源，以此为例分析开关电源的噪声来源。 交流电输入开关电源后，由桥式整流器V1～V4整理成直流电压Vi加在高频变压器的初级L1和开关管V5上。开关管V5的基极输入一个几十到几百千赫的高频矩形波，其重复频率和占空比由输出直流电压VO的要求来确定。被开关管放大了的脉冲电流由高频变压器耦合到次级回路。高频变压器初次级匝数之比也是由输出直流电压VO的要求来确定的。高频脉冲电流经二极管V6整流并经C2滤波后变成直流输出电压VO。因此开关电源在以下几个环节都将产生噪声，形成电磁干扰。 （1）高频变压器初级L1、开关管V5和滤波电容C1构成的高频开关电流环路，可能 会产生较大的空间辐射。如果电容器滤波不足，则高频电流还会以差模方式传导到输入交流电源中去。如图1中的I1 。 （2）高频变压器次级L2、整流二极管V6、滤波电容C2也构成高频开关电流环路会 产生空间辐射。如果电容器滤波不足，则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上向外传导。如图1中的I2 。 （3）高频变压器的初级和次级间存在分布电容Cd，初级的高频电压通过这些分布电 容将直接耦合到次级上去，在次级的二条输出直流电源线上产生同相位的共模噪声。如果二根线对地阻抗不平衡，还会转变成差模噪声。 （4）输出整流二极管V6会产生反向浪涌电流。二极管在正向导通时PN结内的电荷 积累，二极管加反向电压时积累电荷将消失并产生反向电流。因为开关电流需经二极管整流，二极管由导通转变为截止的时间很短，在短时间内要让存储电荷消失就产生了反向电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电感，分布电容，浪涌引起了高频衰减振荡，这是一种差模噪声。

主题：为方便做电源的朋友测试，特奉献此开关电源测试规范。[转] 为方便做电源的朋友测试，特奉献此开关电源测试规范。[转] wwxc： 开关电源测试规范 第一部分：电源指标的概念、定义 一．描述输入电压影响输出电压的几个指标形式。 1．绝对稳压系数。 A．绝对稳压系数：表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量△U0与输入电网变化量△Ui之比。既：K=△U0/△Ui。 B．相对稳压系数：表示负载不变时，稳压器输出直流电压Uo的相对变化量△Uo与输出电网Ui的相对变化量△Ui之比。急： S=△Uo/Uo / △Ui/Ui 2. 电网调整率。 它表示输入电网电压由额定值变化+-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。3. 电压稳定度。 负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化△Uo/Uo （百分值），称为稳压器的电压稳定度。 二．负载对输出电压影响的几种指标形式。 1．负载调整率（也称电流调整率）。 在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示。 2．输出电阻（也称等效内阻或内阻）。 在额定电网电压下，由于负载电流变化△IL引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为 Ro=|△Uo/△IL| 欧。 三．纹波电压的几个指标形式。 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。 四．冲击电流。冲击电流是指输入电压按规定时间间隔接通或断开时，输入电流达到稳定状态前所通过的最大瞬间电流。一般是20A——30A。 五．过流保护。是一种电源负载保护功能，以避免发生包括输出端子上的短路在内的过负载输出电流对

对滤波效果而言，电容的ESL和ESR参数都很重要，电感会阻止电流的突变，电阻则限制了电流的变化率，这些影响对电容的充放电显然都不利。优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESL和ESR，故而横向比较起来，同样的容量滤波效果却不同。

漏电流小，ESR小，一般都是认为要选择低ESR的系列，不过也与负载有关，负载越大，ESR不变时，纹波电流变大，纹波电压也变大。我们从公式上来看看，dV=C*di*dt；dv就是纹波，di是电感上电流的值，dt是持续的时间。一般的开关电源书籍都会讲到怎么算纹波，大题分解为：滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise，如下图： 一般对纹波的计算通常是估算 有关开关电源纹波的计算，原则上比较复杂，要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数，计算每个谐波的衰减，再求和。最后的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关，而且与负载电阻有关。当然，计算时是将滤波电感和滤波电容看成理想元件，若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR，那就更复杂了。所以，通常都是估算，再留出一定余量，以满足设计要求。对样机需要实际测试，若不能满足设计要求，则需要更改滤波元件参数。 以Buck电路为例，电感中电流连续和断续，开关电源的传递函数完全不同。电流连续时环路稳定，电流断续时未必稳定。而电感中电流是否连续，除与电感量等有关外，还与负载有关。更严重的是，电流是否连续还与占空比有关，而占空比是由反馈电路控制的。不仅Buck，其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。 若要求所有可能产生的工作状态下都稳定，通常要加假负载以保证Buck电路电感电流总是连续(对Buck/Boost或反激则保证不会在连续断续之间转变)，或者把反馈环路时间常数设计得非常大(这会在很大程度上降低开关电源的响应速度)。对输出电压可调整的开关电源(例如实验室用的0～30V输出电源)，环路稳定的难度更大。对这类电源，往往要在开关电源之后再加一级线性调整。 电解电容的选择很重要 在输出端采用高频性能好、ESR低的电容，高频下ESR阻抗低，允许纹波电流大。可以在高频下使用，如采用普通的铝电解电容作输出电容，无法在高频（100kHz以上的频率）下工作，即使电容量也无效，因为超过10kHz时，它已成电感特性了。

电源纹波分析及测试方法 一、什么叫纹波 纹波（ripple）的定义是指在直流电压或电流中，叠加在直流稳定量上的交流分量。 它主要有以下害处： 1.1．容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 1.2．降低了电源的效率； 1.3．较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 1.4．会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 1.5．会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作 二、纹波、纹波系数的表示方法 可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示； 单位通常为：mV 例如：

一个电源工作在稳压状态，其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量，即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1．以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK（也有测有效值的），去除示波器控头上的夹子与地线（因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯），使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；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。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面： 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声; 4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。

五、电源纹波测试 纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，如激光器电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的测试就显得极为重要。 电源纹波的测量方法大致分为两种：一种是电压信号测量法；另一钟是电流信号测量法。 一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源，都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。 电压信号测量纹波是指，用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源，测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试，则一般是通过使用电压探头，测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中，示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。 所用的仪器是：配有电压测量探头的TDS1012B示波器。 测量之前需要进行如下设置。 1.通道设置：

开关电源噪声的产生原因及抑制方法(1) 2012-03-17 19:36:38 作者：赖有传戴永军来源:电源在线网 关键字：开关电源、电磁干扰、噪声 1引言 开关电源具有线性电源无可比拟的许多优点：体积小，重量轻，效率高等等，但开关电源会产生电磁干扰，尤其是中大功率等级的开关电源干扰更为严重。这是由于开关电源存在着整流谐波、开关频率和它的谐波以及在开关转换中所固有的高速电流和电压瞬变。产生电磁干扰是开关电源本身的特点所决定的，是难以避免的，关键是如何采取有效的措施来减小其干扰程度。 通过对开关电源进行电磁兼容性测试得知，一般有以下四项指标不合格。 CE01100Hz～15KHz电源线传导发射。 CE0315KHz～50MHz电源线传导发射。 RE0125Hz～50KHz磁场辐射发射。 RE0214KHz～10GHz电场辐射发射。 2开关电源电磁干扰产生原因分析 开关电源按主电路型式可分为全桥式，半桥式，推挽式等几种，但无论何种类型的开关电源在工作时都会产生很强的噪声。它们通过电源线以共模或差模方式向外传导，同时还向周围空间辐射。开关电源对由电网侵入的外部噪声也很敏感，并经它传递到其他电子设备中产生干扰。图1是一种最简单的开关电源主电路型式，直流变换式它激单边型开关电源，以此为例分析开关电源的噪声来源。 图1直流变换式它激单边型开关电源主电路电原理图 交流电输入开关电源后，由桥式整流器V1～V4整理成直流电压Vi加在高频变压器的初级L1和开关管V5上。开关管V5的基极输入一个几十到几百千赫的高频矩形波，其重复频率和占空比由输出直流电压VO的要求来确定。被开关管放大了的脉冲电流由高频变压器耦合到次级回路。高频变压器初次级匝数之比也是由输出直流电压VO的要求来确定的。高频脉冲电流经二极管V6整流并经C2滤波后变成直流输出电压VO。因此开关电源在以下几个环节都将产生噪声，形成电磁干扰。 （1）高频变压器初级L1、开关管V5和滤波电容C1构成的高频开关电流环路，可能 会产生较大的空间辐射。如果电容器滤波不足，则高频电流还会以差模方式传导

开关电源测试规范 第一部分：电源指标的概念、定义 一．描述输入电压影响输出电压的几个指标形式。 1．绝对稳压系数。 A．绝对稳压系数：表示负载不变时，稳压电源输出直流变化量△U0与输入电网变化量△Ui之比。既： K=△U0/△Ui。 B．相对稳压系数：表示负载不变时，稳压器输出直流电压Uo的相对变化量△Uo 与输出电网Ui的相对变化量△Ui之比。急： S=△Uo/Uo/ △Ui/Ui 2. 电网调整率。 它表示输入电网电压由额定值变化+-10%时，稳压电源输出电压的相对变化量，有时也以绝对值表示。 3. 电压稳定度。 负载电流保持为额定范围内的任何值，输入电压在规定的范围内变化所引起的输出电压相对变化△Uo/Uo（百分值），称为稳压器的电压稳定度。 二．负载对输出电压影响的几种指标形式。 1．负载调整率（也称电流调整率）。 在额定电网电压下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量，常用百分数表示，有时也用绝对变化量表示。 2．输出电阻（也称等效内阻或内阻）。 在额定电网电压下，由于负载电流变化△IL引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为Ro=|△Uo/△IL|欧。 三．纹波电压的几个指标形式。 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。 四．冲击电流。冲击电流是指输入电压按规定时间间隔接通或断开时，输入电流达到稳定状态前所通过的最大瞬间电流。一般是20A——30A。

如何正确地进行电源纹波的精确测量 精确地测量电源纹波本身就是一门艺术。在图 1 所示的示例中，一名初级工程师完全错误地使用了一台示波器。他的第一个错误是使用了一支带长接地引线的示波器探针；他的第二个错误是将探针形成的环路和接地引线均置于电源变压器和开关元件附近；他的最后一个错误是允许示波器探针和输出电容之间存在多余电感。该问题在纹波波形中表现为高频拾取。在电源中，存在大量可以很轻松地与探针耦合的高速、大信号电压和电流波形，其中包括耦合自电源变压器的磁场，耦合自开关节点的电场，以及由变压器互绕电容产生的共模电流。 图 1 错误的纹波测量得到的较差的测量结果 利用正确的测量方法可以大大地改善测得纹波结果。首先，通常使用带宽限制来规定纹波，以防止拾取并非真正存在的高频噪声。我们应该为用于测量的示波器设定正确的带宽限制。其次，通过取掉探针“帽”，并构成一个拾波器（如图 2 所示），我们可以消除由长接地引线形成的天线。将一小段线缠绕在探针接地连接点周围，并将该接地连接至电源。这样做可以缩短暴露于电源附近高电磁辐射的端头长度，从而进一步减少拾波。 最后，在隔离电源中，会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成了压降，从而表现为纹波。要防止这一问题的出现，我们就需要特别注意电源设计的共模滤波。另外，将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器，其在不影响差分电压测量的同时，还减少了共模电流引起的测量误差。图 2 显示了该完全相同电路的纹波电压，其使用了改进的测量方法。这样，高频峰值就被真正地消除了。 图 2 四个轻微的改动便极大地改善了测量结果

电源纹波测试的正确方法 用500MHz带宽的示波器对其开关电源输出5V信号的纹波进行测试时，发现纹波和噪声的峰峰值达到了900多mV（如下图所示），而其开关电源标称的纹波的峰峰值 在隔离电源中，会产生大量流经探针接地连接点的共模电流。这就在电源接地连接点和示波器接地连接点之间形成了压降，从而表现为纹波。要防止这一问题的出现，我们就需要特别注意电源设计的共模滤波。另外，将示波器引线缠绕在铁氧体磁心周围也有助于最小化这种电流。这样就形成了一个共模电感器，其在不影响差分电压测量的同时，还减少了共模电流引起的测量误差。下图显示了该完全相同电路的纹波电压，其使用了改进的测量方法。这样，高频峰值就被真正地消除了。 经过实际测试，发现测得的纹波噪声的峰峰值有很大改善，如下图所示。但纹波噪声的峰峰值仍然有40多mV，和开关电源厂商标称的耦合功能把直流隔离掉再进行纹波噪声测试。 5、输入阻抗：很多示波器有50欧姆和1M欧姆的输入阻抗选择，通常50欧姆输入阻抗下示波器的底噪声更低。不过示波器连接大部分无源探头时都会自动把阻抗切换到1M欧姆，只有连接有源探头或同轴电缆时才可以设置为50欧姆输入阻抗。 在进行实际测试之前，一个比较好的习惯是先检查一下当前使用的设备和设置下的系统的底噪声。下面图中的5个波形分别是使用500M的S系列示波器在使用不同的探头和带宽设置下的底噪声结果。波形从上到下依次为：50欧姆输入阻抗，1:1探头，500MHz带宽；1M欧姆输入阻抗，1:1探头，20MHz带宽；1M欧姆输入阻抗，1:1探头，500MHz带宽；1M欧姆输入阻抗，10:1探头，20MHz带宽；1M欧姆输入阻抗，10:1探头，500MHz带宽。其底噪声的峰峰值从不到1mV直到接近30mV，可见测试中探头、带宽、输入阻抗设

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