一、電源紋波的產(chǎn)生

我們最終的目的是要把輸出紋波降低到可以忍受的程度，達(dá)到這個(gè)目的最根本的解決方法就是要盡量避免紋波的產(chǎn)生，首先要清楚開關(guān)電源紋波的種類和產(chǎn)生原因。

隨著SWITCH的開關(guān)，電感L中的電流也是在輸出電流的有效值上下波動(dòng)的。所以在輸出端也會出現(xiàn)一個(gè)與SWITCH同頻率的紋波，一般所說的紋波就是指這個(gè)。它與輸出電容的容量和ESR有關(guān)系。這個(gè)紋波的頻率與開關(guān)電源相同，為幾十到幾百KHz。

另外，SWITCH一般選用雙極性晶體管或者M(jìn)OSFET，不管是哪種，在其導(dǎo)通和截止的時(shí)候，都會有一個(gè)上升時(shí)間和下降時(shí)間。這時(shí)候在電路中就會出現(xiàn)一個(gè)與SWITCH上升下降時(shí)間的頻率相同或者奇數(shù)倍頻的噪聲，一般為幾十MHz。同樣二極管D在反向恢復(fù)瞬間，其等效電路為電阻電容和電感的串聯(lián)，會引起諧振，產(chǎn)生的噪聲

頻率也為幾十MHz。這兩種噪聲一般叫做高頻噪聲，幅值通常要比紋波大得多。

如果是AC/DC變換器，除了上述兩種紋波(噪聲)以外，還有AC噪聲，頻率是輸入AC電源的頻率，為50～60Hz左右。還有一種共模噪聲，是由于很多開關(guān)電源的功率器件使用外殼作為散熱器，產(chǎn)生的等效電容導(dǎo)致的。

二、紋波的危害一般來說紋波是有百害而無一利的，紋波的危害主要有以下幾點(diǎn)：a.電源中攜帶的紋波會在電器上產(chǎn)生諧波，降低電源的使用效率;b.較高的紋波可能會產(chǎn)生浪涌電壓或電流，從而導(dǎo)致電氣設(shè)備運(yùn)行不正?；蚣铀僭O(shè)備老化;c.在數(shù)字電路中紋波會干擾電路邏輯關(guān)系;d.紋波還會給通信、測量和計(jì)量儀器、儀表帶來噪音干擾，破壞信號的正常測量、計(jì)量，甚至損壞設(shè)備。所以在制作電源的時(shí)候，我們都要考慮將紋波降低到百分之幾以下，對紋波要求高的設(shè)備要考慮把紋波降低到更小。電源紋波的測量方法通常分為兩大類，一類是單獨(dú)電源的鑒定，另一類是產(chǎn)品的調(diào)試測量。在電源行業(yè)和電源用戶對電源鑒定時(shí)，要求選擇在室內(nèi)(20℃左右)進(jìn)行，濕度應(yīng)小于80%，周圍對測量有影響的機(jī)械震動(dòng)及電磁干擾最小，標(biāo)準(zhǔn)儀器與被檢電源應(yīng)在以上的測試環(huán)境下放置24小時(shí)以上。

對于純電源來講，測量電源紋波時(shí)，要求在加載時(shí)測量，所加負(fù)載要使輸出電流大于額定輸出電流的80%以上。對于低噪聲的純阻性負(fù)載或電子負(fù)載，還要選擇對應(yīng)的測量標(biāo)準(zhǔn)。不同的標(biāo)準(zhǔn)就會產(chǎn)生不同的測量結(jié)果紋波電壓可以用絕對量表示，也可用相對量來表示。一般用紋波電壓與直流輸出電壓的比例來評價(jià)直流電源的濾波性能，即紋波系數(shù)。紋波系數(shù)作為評價(jià)直流電源的一個(gè)重要指標(biāo)，其計(jì)算方法為紋波電壓的有效值與直流輸出電壓的百分比。

三、電源紋波的測量測量電源紋波一般采用示波器來測量，常用的有一下三種測量方法：1)靠連法使用帶有地線環(huán)的示波器探頭，將探針直接接觸正輸出的管腳，線環(huán)直接接觸負(fù)輸出的管腳，這是由于使得環(huán)路盡量短，這樣從示波器中讀出的峰值為輸出線上的紋波與噪聲。如下圖

2)直接法將地線環(huán)直接與負(fù)輸出的管腳連接，利用探頭接地環(huán)進(jìn)行輸出端測試。

3)絞連法輸出管腳接雙絞線后接電容，在電容兩端用示波器測量。

測量紋波時(shí)候，需要注意的是：要清楚紋波的帶寬上限，紋波為低頻噪聲，所以一般使用不超過紋波帶寬上限太多的示波器。在測量時(shí)，要先打開示波器的帶寬限制功能，把帶寬限制在20MHz，直接用探頭的屏蔽地和輸出地連接，減少因地線過長產(chǎn)生的環(huán)路干擾。在探頭接入點(diǎn)的位置并聯(lián)一個(gè)較小的瓷片電容和一個(gè)小電解電容，濾除外界干擾信號防止進(jìn)入示波器。

四、紋波的抑制方法電源輸出紋波主要來源于五個(gè)方面：低頻輸入紋波、高頻紋波、寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲、閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。抑制這些紋波的通常方法是：加大濾波電路中電容容量、采用LC濾波電路、采用多級濾波電路、以線性電源代替開關(guān)電源、合理布線等。但根據(jù)它的分類，有針對性的采取措施往往會取得事半功倍的效果。1、高頻紋波的抑制高頻紋波噪聲多來源于高頻功率變換電路。在高頻功率變換電路中，輸入直流電壓通過高頻功率器件進(jìn)行變換后進(jìn)行整流濾波而實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)壓輸出中，一般會含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對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，可以減少對高頻開關(guān)紋波的濾波要求。2、低頻紋波的抑制低頻紋波的大小與輸出電路中的濾波電容大小有關(guān)。電容的容量不能無限制地增加，不可避免的會造成輸出低頻紋波的殘留。

交流紋波經(jīng)過DC/DC變換電路進(jìn)行衰減后輸出，屬于低頻噪聲范圍，其大小由控制系統(tǒng)的增益和DC/DC變換電路決定。由于電流型和電壓型控制DC/DC變換電路的紋波抑制能力相對均不高且他們的輸出端低頻交流紋波較大。所以必須對低頻電源紋波采取濾波措施實(shí)現(xiàn)電源的低紋波輸出。

有的電源來說，可增大DC/DC變換器閉環(huán)增益電路和采用前級預(yù)穩(wěn)壓電路可以增強(qiáng)紋波的抑制效果、可以通過改變整流濾波器的電容量以及調(diào)節(jié)反饋回路的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對低頻紋波的抑制。

3、共模紋波的抑制共模紋波噪聲一般出現(xiàn)在開關(guān)電源，當(dāng)開關(guān)電源的矩形波電壓作用于功率器件時(shí)，與功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間的寄生電容和導(dǎo)線中存在寄生電感相互作用，產(chǎn)生共模紋波噪聲。

對于共模紋波噪聲抑制的方法有：1)減小控制功率器件、變壓器與機(jī)殼地之間的寄生電容，并在輸出端加共模抑制電感及電容;2)利用EMI濾波器可以有效的抑制共模紋波的干擾;3)降低開關(guān)毛刺幅度。4、閉環(huán)控制環(huán)路紋波的抑制閉環(huán)控制環(huán)路紋波的產(chǎn)生原因一般是環(huán)路中的參數(shù)設(shè)置不適當(dāng)，當(dāng)輸出端存在一定波動(dòng)時(shí)，反饋網(wǎng)絡(luò)把輸出端的波動(dòng)電壓反饋到調(diào)節(jié)器回路，致使調(diào)節(jié)器產(chǎn)生自激響應(yīng)，從而產(chǎn)生附加紋波。