开关电源纹波噪声产生原因，开关电源纹波噪声怎么解决

开关电源纹波噪声产生原因

开关器件：

开关电源中的开关器件（如MOSFET、IGBT等）在开关过程中会产生瞬态的电压和电流变化，这些变化会在电源的输出端产生纹波噪声。尤其是在开关管高速开通与关断时，其导通与截止期间会产生很大的冲击电流，从而在输出端形成纹波噪声。

整流二极管：

在整流过程中，整流二极管会产生反向恢复电流，这个电流会在输出端形成纹波噪声。尤其是当输出二极管D的电流下降到零时，反向恢复电流最大，从而会加大输出纹波。

滤波电容：

输出滤波电容的电容量和ESR（等效串联电阻）会影响纹波噪声的大小。如果滤波电容的容量不足或者ESR过大，都会使纹波噪声增大。

电感：

在开关电源中，电感通常用于储能和滤波。但是，电感中的线圈和磁芯之间可能会存在寄生电容，这些寄生电容会与电感本身构成谐振电路，从而在输出端产生纹波噪声。

PCB布局：

开关电源的PCB布局不合理也可能导致纹波噪声的产生。例如，如果开关器件、滤波电容、电感等关键元件的布局过于紧密或不合理，可能会导致电磁干扰的增加，从而增大纹波噪声。

工作环境：

开关电源的工作环境也可能影响其纹波噪声的大小。例如，高温、高湿、高海拔等恶劣环境可能会使开关电源的元件性能下降，从而增大纹波噪声。

开关电源纹波噪声怎么解决

开关电源纹波噪声的解决方法可以归纳为以下几个主要方面：

1. 增大滤波元件

电感和输出电容：根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。因此，加大电感值和输出电容值可以减小纹波。通常，使用铝电解电容以达到大容量的目的，并在其旁边并联陶瓷电容来弥补铝电解电容在高频噪声抑制方面的不足。

LC滤波器：在电路中增加一级LC滤波器，对噪纹波的抑制作用较明显。可以根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路。

2. 优化电源设计

前馈控制：采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。

提高工作频率：提高开关电源工作频率，以减少对高频开关纹波的滤波要求。

多级滤波：通过多级滤波进一步降低纹波和噪声。

3. 减小寄生参数影响

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，导线存在寄生电感，因此会产生共模纹波噪声。减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容，并在输出侧加共模抑制电感及电容，可减小输出的共模纹波噪声。

4. 使用LDO滤波

LDO滤波：在开关电源输出之后，接LDO（低压差线性稳压器）滤波是减少纹波和噪声最有效的办法。虽然这种方法成本较高且功耗较大，但对于需要高精度输出的应用来说是一个好的选择。

5. PCB布线优化

布线优化：开关电源的PCB布线也非常关键。对于高频噪声，简单的做法是在二极管上并电容C或RC，或串联电感。有专门的开关电源PCB工程师负责这方面的优化。

6. 二极管优化

二极管并联电容：在二极管上并联电容C或RC可以减小高频振荡。但需注意，并上电容或RC线路可能构成振荡线路，需仔细调整参数以避免电源发生振荡现象。

7. 使用EMI滤波器

输出滤波器：在输出端采用专门设计的EMI滤波器，可以有效减小输出的共模纹波噪声。

综上所述，解决开关电源纹波噪声的方法涵盖了增大滤波元件、优化电源设计、减小寄生参数影响、使用LDO滤波、PCB布线优化、二极管优化和使用EMI滤波器等多个方面。根据具体的应用场景和需求，可以综合采用上述一种或多种方法，以达到降低纹波噪声的目的。