如何降低模塊電源的紋波和噪聲？方法有哪些？

隨著模塊電源廣泛的應(yīng)用到各式各樣電子設(shè)備上，但是電磁環(huán)境的愈發(fā)復(fù)雜和惡劣，使得各行各業(yè)對(duì)各類設(shè)備的紋波噪聲也開始越來越關(guān)注。本文則主要針對(duì)紋波噪聲這一問題進(jìn)行探究，俞霖科技小編來分享減小紋波噪聲的一些方法

各行各業(yè)對(duì)各類設(shè)備的紋波噪聲也開始越來越關(guān)注。本文則主要針對(duì)紋波噪聲這一問題進(jìn)行探究，俞霖科技小編來分享減小紋波噪聲的一些方法

一、什么是紋波

紋波是由于直流穩(wěn)定電源的電壓波動(dòng)而造成的一種現(xiàn)象，因?yàn)橹绷鞣€(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的，這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。

紋波的成分較為復(fù)雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻（中國(guó)是50Hz）的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對(duì)于不同的場(chǎng)合，對(duì)紋波的要求各不一樣。

紋波就是一個(gè)直流電壓中的交流成分。直流電壓本來應(yīng)該是一個(gè)固定的值，但是很多時(shí)候它是通過交流電壓整流、濾波后得來的，由于濾波不干凈，就會(huì)有剩余的交流成分，即便如此，就是用電池供電也因負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生波紋。事實(shí)上，即便是最好的基準(zhǔn)電壓源器件，其輸出電壓也是有波紋的。

可以用示波器來看，就會(huì)看到電壓上下輕微波動(dòng)，就像水紋一樣，所以叫做紋波。

對(duì)于電容器來說，無論是哪一種紋波，只要不是太大，一般對(duì)電容器質(zhì)量不會(huì)造成影響。

二、什么是噪聲

噪聲是指疊加在紋波之上，非連續(xù)存在并無規(guī)律的電壓或者電流尖峰。也就是說噪聲指的是疊加在紋波上的雜波，并且噪聲的頻率并不完全固定統(tǒng)一，存在一定的偶然性。

三、紋波噪聲產(chǎn)生的原因和影響:

如果我們想要徹底的解決紋波和噪聲，那就需要從根源上了解清楚紋波噪聲產(chǎn)生的原因。我們以開關(guān)電源為例，通常我們?cè)?a target="_blank">電源模塊的輸出端測(cè)試到的紋波噪聲它的產(chǎn)生原因大致如下:開關(guān)器件動(dòng)作時(shí)帶來，輸入前端帶來的低頻紋波，線路寄生參數(shù)及耦合帶來。

這些紋波喝聲最終疊加在電源模塊的輸出，給各種不同的負(fù)載進(jìn)行供電，也帶來了一堆的問題，當(dāng)電源的紋波喝聲過大時(shí)，它們可能會(huì)影響運(yùn)放的精度，使得整機(jī)的精度大幅度下降。在一些音頻及視頻的系統(tǒng)中，甚至?xí)驗(yàn)榧y波噪聲過大，導(dǎo)致圖像顯示異常、音頻工作故障，因此在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，降低各個(gè)器件的紋波噪聲顯的尤為重要。

降低紋波和噪聲的方法

降低紋波和噪聲的方法紋波主要在五個(gè)方面：輸入低頻紋波、高頻紋波、寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲、功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲和閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。

1、低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關(guān)。電容的容量不可能無限制地增加，導(dǎo)致輸出低頻紋波的殘留。交流紋經(jīng)DC/DC變換器衰減后，在開關(guān)電源輸出端表現(xiàn)為低頻噪聲，其大由DC-DC變換器的變比和控制系統(tǒng)的增益決定。電流型控制DC-DC變換器的紋波抑制比電壓型稍有提高。但其輸出端的低頻交流紋波仍較大。若要實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的低紋波輸出，則必須對(duì)低頻電源紋波采取濾波措施?？刹捎们凹?jí)預(yù)穩(wěn)壓和增大DC-DC變換器閉環(huán)增益來消除。

低頻紋波抑制的幾種常用的方法：

（1）加大輸出低頻濾波的電感，電容參數(shù)，使低頻紋波降低到所需的指標(biāo)。

（2）采用前饋控制方法，降低低頻紋波分量。

2、高頻紋波噪聲來源于高頻功率開關(guān)變換電路，在電路中，通過功率器件對(duì)輸入直流電壓進(jìn)行高頻開關(guān)變換而后整流濾波再實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的，在其輸出端含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對(duì)外電路的影響大小主要和開關(guān)電源的變換頻率、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，設(shè)計(jì)中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對(duì)高頻開關(guān)紋波的濾波要求。

高頻紋波抑制的目的是給高頻紋波提供通路，常用的方法有以下幾種：

（1）提高開關(guān)電源工作頻率，以提高高頻紋波頻率，有利于抑制輸出高頻紋波

（2）加大輸出高頻濾波器，可以抑制輸出高頻紋波。

（3）采用多級(jí)濾波。

3、由于功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間存在寄生電容，導(dǎo)線存在寄生電感，因此當(dāng)矩形波電壓作用于功率器件時(shí)，開關(guān)電源的輸出端因此會(huì)產(chǎn)生共模紋波噪聲。減小與控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容，并在輸出側(cè)加共模抑制電感及電容，可減小輸出的共模紋波噪聲。

減小輸出共模紋波噪聲的常用方法：

（1）輸出采用專門設(shè)計(jì)的EMI濾波器。

（2）降低開關(guān)毛刺幅度。

4、超高頻諧振噪聲主要來源于高頻整流二極管反向恢復(fù)時(shí)二極管結(jié)電容、功率器件開關(guān)時(shí)功率器件結(jié)電容與線路寄生電感的諧振，頻率一般為1-10MHz，通過選用軟恢復(fù)特性二極管、結(jié)電容小的開關(guān)管和減少布線長(zhǎng)度等措施可以減少超高頻諧振噪聲。

開關(guān)電源都需對(duì)輸出電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計(jì)的不適當(dāng)也會(huì)引起紋波。當(dāng)輸出端波動(dòng)時(shí)通過反饋網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入調(diào)節(jié)器回路，可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的自激振蕩，引起附加紋波。此紋波電壓一般沒有固定的頻率。在開關(guān)直流電源中，往往因調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇不適當(dāng)會(huì)引起輸出紋波的增大。

這部分紋波可通過以下方法進(jìn)行抑制：

（1）在調(diào)節(jié)器輸出增加對(duì)地的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)器的補(bǔ)償可抑制調(diào)節(jié)器自激引起的紋波增大。

（2）合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)和閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，開環(huán)放大倍數(shù)過大有時(shí)會(huì)引起調(diào)節(jié)器的振蕩或自激，使輸出紋彼含量增加，過小的開環(huán)放大倍數(shù)使輸出電壓穩(wěn)定性變差及紋波含量增加.所以調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)及閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)要合理選取，調(diào)試中要根據(jù)負(fù)載狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）在反饋通道中不增加純滯后濾波環(huán)節(jié).使延時(shí)滯后降到最小.以增加閉環(huán)調(diào)節(jié)的快速性和及時(shí)性，對(duì)抑制輸出電壓紋波是有益的。

以上是俞霖科技小編關(guān)于降低模塊電源的紋波和噪聲的方法的分享，目前俞霖科技的HRB W2~20W 系列DC-DC升壓變換器基于20MHz帶寬再加上濾波電容的情況下測(cè)試，紋波和噪聲 (濾波后測(cè)試)≤150 mV p-p, max，此電源模塊輸出的參數(shù)有50V、100VDC、110VDC、150VDC、200VDC、250VDC、400VDC、500VDC、600VDC、800VDC、1000VDC等，客戶在某些需求參數(shù)下紋波達(dá)不到指標(biāo)要求的時(shí)候，一般建議客戶在模塊輸出端增加濾波電容即可。輸出端E2電容可選根據(jù)不同的參數(shù)進(jìn)行選擇，輸出端電容可選10UF/450V或 22UF/200V的電解電容，然后兩個(gè)進(jìn)行串聯(lián)來濾波。