開關穩壓電源非常關鍵的乙個指標就是紋波，它主要是由開關變換的方式導致的，也因紋波的存在會影響到後續電路的工作，尤其是在對紋波比較敏感的場合下。如何正確測量開關電源紋波？如何有效抑制開關電源的紋波以達到供電電路的要求？
這些都是pcb設計工程師需要掌握的重要技能。
開關電源紋波的測量
要有效降低開關電源輸出紋波我們首先得有個比較靠譜的測試方法，由於測試方法的問題而導致的假波形是整改不好的
基本要求：使用示波器ac耦合，20mhz頻寬限制，拔掉探頭的地線
1，ac耦合是去掉疊加的直流電壓，得到準確的波形。
2，開啟20mhz頻寬限制是防止高頻雜訊的干擾，防止測出錯誤的結果。因為高頻成分幅值較大，測量的時候應除去。
3，拔掉示波器探頭的接地夾，使用接地環測量，是為了減少干擾。很多部門沒有接地環，如果誤差允許也直接用探頭的接地夾測量。但在判斷是否合格時要考慮這個因素。
還有一點是要使用50ω終端。橫河示波器的資料上介紹說，50ω模組是除去dc成分，精確測量ac成分。但是很少有示波器配這種專門的探頭，大多數情況是使用標配100kω到10mω的探頭測量，影響暫時不清楚。
上面是測量開關紋波時基本的注意事項。如果示波器探頭不是直接接觸輸出點，應該用雙絞線，或者50ω同軸電纜方式測量。
在測量高頻雜訊時，使用示波器的全通帶，一般為幾百兆到ghz級別。其他與上述相同。
可能不同的公司有不同的測試方法，歸根到底是第一要清楚自己的測試結果，第二要得到客戶認可。
關於示波器
有些數字示波器因為干擾和儲存深度的原因，無法正確的測量出紋波。這時應更換示波器。這方面有時候雖然老的模擬示波器頻寬只有幾十兆，但表現要比數字示波器好。
開關電源紋波的抑制
對於開關紋波，理論上和實際上都是一定存在的。通常抑制或減少它的做法有五種：
1、加大電感和輸出電容濾波
根據開關電源的公式，電感內電流波動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。
上圖是開關電源電感l內的電流波形，其紋波電流△i可由下式算出：
可以看出，增加l值，或者提高開關頻率可以減小電感內的電流波動。
同樣，輸出紋波與輸出電容的關係：vripple=imax/(co×f)。可以看出，加大輸出電容值可以減小紋波。
通常的做法，對於輸出電容，使用鋁電解電容以達到大容量的目的。但是電解電容在抑制高頻雜訊方面效果不是很好，而且esr也比較大，所以會在它旁邊併聯乙個陶瓷電容，來彌補鋁電解電容的不足。
同時，開關電源工作時，輸入端的電壓vin不變，但是電流是隨開關變化的。這時輸入電源不會很好地提供電流，通常在靠近電流輸入端(以buck型為例，是switch附近)，併聯電容來提供電流。
應用該對策後，buck型開關電源如下圖所示：
上面這種做法對減小紋波的作用是有限的。因為體積限制，電感不會做的很大；輸出電容增加到一定程度，對減小紋波就沒有明顯的效果了；增加開關頻率，又會增加開關損失。所以在要求比較嚴格時，這種方法並不是很好。
關於開關電源的原理等，可以參考各類開關電源設計手冊。
2、二級濾波，就是再加一級lc 濾波器
lc濾波器對噪紋波的抑制作用比較明顯，根據要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構成濾波電路，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取樣點。（如下圖所示）
取樣點選在lc濾波器之前(pa)，輸出電壓會降低。因為任何電感都有乙個直流電阻，當有電流輸出時，在電感上會有壓降產生，導致電源的輸出電壓降低。而且這個壓降是隨輸出電流變化的。
取樣點選在lc濾波器之後(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內部引入了乙個電感和乙個電容，有可能會導致系統不穩定。關於系統穩定，很多資料有介紹，這裡不詳細寫了。
3、開關電源輸出之後，接ldo 濾波
這是減少紋波和雜訊最有效的辦法，輸出電壓恆定，不需要改變原有的反饋系統，但也是成本最高，功耗最高的辦法。
任何一款ldo都有一項指標：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。
經過ldo之後，開關紋波一般在10mv以下。
下圖是ldo前後的紋波對比：
對比曲在線圖的曲線和左圖的波形，可以看出對幾百khz的開關紋波，ldo的抑制效果非常好。但在高頻範圍內，該ldo的效果就不那麼理想了。
對減小紋波。開關電源的pcb佈線也非常關鍵，這是個很赫手的問題。有專門的開關電源pcb工程師，對於高頻雜訊，由於頻率高幅值較大，后級濾波雖然有一定作用，但效果不明顯。
這方面有專門的研究，簡單的做法是在二極體上並電容c或rc，或串聯電感。
對於高頻雜訊，由於頻率高幅值較大，后級濾波雖然有一定作用，但效果不明顯。這方面有專門的研究，簡單的做法是在二極體上並電容c或rc，或串聯電感。
4、在二極體上並電容c或rc
二極體高速導通截止時，要考慮寄生引數。在二極體反向恢復期間，等效電感和等效電容成為乙個rc振盪器，產生高頻振盪。為了抑制這種高頻振盪，需在二極體兩端併聯電容c或rc緩衝網路。
電阻一般取10ω-100ω，電容取4.7pf-2.2nf。
在二極體上併聯的電容c或者rc，其取值要經過反覆試驗才能確定。如果選用不當，反而會造成更嚴重的振盪。
對高頻雜訊要求嚴格的話，可以採用軟開關技術。關於軟開關，有很多書專門介紹。
5、二極體後接電感（emi濾波）
這也是常用的抑制高頻雜訊的方法。針對產生雜訊的頻率，選擇合適的電感元件，同樣能夠有效地抑制雜訊。需要注意的是，電感的額定電流要滿足實際的要求。
小結以上是關於開關電源紋波，總結的一些內容，如果能加些波形就更好了。雖然可能不太全，但對一般的應用已經足夠了。關於雜訊抑制，實際中並不一定全部應用，重要的是根據自己的設計要求，比如產品體積，成本，開發周期等，選擇合適的方法。
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