在现代科技领域，开关电源被广泛运用于各个领域，这是因为它具有高效率和小尺寸的特点。然而，工程师们一直面临着开关电源输出纹波与噪声的挑战。这些纹波与噪声可能对电路的稳定性和性能产生不利影响，因此减少输出纹波与噪声水平至关重要。本文将介绍一些有效方法，以帮助您降低开关电源输出的纹波与噪声水平，提升电路的可靠性和性能。
纹波问题主要存在于以下五个方面：输入低频纹波、高频纹波、由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以及闭环调节控制导致的纹波噪声。
首先，低频纹波与输出电路的滤波电容容量有关。由于电容的容量无法无限增加，会导致输出端仍残留低频纹波。交流纹波经过DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小取决于DC/DC变换器的变比和控制系统的增益。相较于电压型控制，电流型控制可以稍微提高DC/DC变换器的纹波抑制能力。然而，输出端的低频交流纹波仍然较大。如果想要实现开关电源的低纹波输出，就必须采取滤波措施，例如前级预稳压和增加DC/DC变换器的闭环增益。
低频纹波抑制有几种常见方法可供选择：
a、增加输出低频滤波电感和电容的数值，以降低低频纹波到所需标准的水平。
b、采用前馈控制方法，减少低频纹波分量。
2、高频纹波噪声源于高频功率开关变换电路。在此种电路中，输入直流电压通过功率器件进行高频开关变换后经整流滤波，最终实现稳定输出。因此，在输出端会存在与开关工作频率相同的高频纹波。这种影响取决于开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数。为减小对高频开关纹波的滤波要求，设计中应尽量提高功率变换器的工作频率。
高频纹波抑制旨在为高频纹波提供通路，有几种常用方法可供选择：
a、增加开关电源的工作频率，以提高高频纹波的频率，有助于抑制输出的高频纹波。
b、增加输出端的高频滤波器，可以抑制输出的高频纹波。
c、采用多级滤波器。
3、由于功率器件与散热器底板以及变压器的原副边之间存在寄生电容，导线存在寄生电感，因此当矩形波电压作用于功率器件时，开关电源的输出端会产生共模纹波噪声。要减小输出的共模纹波噪声，可以减少功率器件、变压器和机壳地之间的寄生电容，并在输出侧添加共模抑制电感和电容。
常用减小输出共模纹波噪声的方法有：
a、在输出端使用专门设计的电磁干扰(EMI)滤波器。
b、降低开关毛刺的幅度。
4、超高频谐振噪声主要源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容以及功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振。其频率通常在1-10MHz之间。采取措施如选择具有软恢复特性的二极管、选择结电容较小的开关管和减少布线长度等，可以减少超高频谐振噪声。
开关电源都需要对输出电压进行闭环控制，不合适的调节器参数设计也可能引起纹波。当输出端波动时，通过反馈网络进入调节器回路，可能导致调节器的自激振荡，从而产生额外的纹波。这种纹波电压通常没有固定的频率。在开关直流电源中，不适当的调节器参数选择往往会增大输出的纹波幅度。
要抑制这些纹波，可采用以下方法：
a、在调节器的输出端添加对地的补偿网络，这样可以抑制由调节器自激引起的纹波增大。
b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和参数。过大的开环放大倍数有时会导致调节器振荡或自激，使输出纹波增加；而过小的开环放大倍数则会降低输出电压的稳定性并增加纹波含量。因此，在调试中应根据负载情况进行适当调整。
c、在反馈通道中避免使用纯滞后滤波环节，以减小延迟，并提高闭环调节的速度和及时性。这对于抑制输出电压的纹波是有益的。
通过采取适当的设计和调试方法，我们可以有效降低开关电源输出的纹波和噪声水平。这不仅有助于提高电路的稳定性和性能，还可以减少对其他电子设备的干扰。在实际应用中，我们应根据具体需求选择适合的降噪方法，并进行综合考虑。通过不断实践和优化，我们可以进一步改善开关电源的输出质量，为各种电子设备的可靠运行提供更好的保障。
关键词：电源管理
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