电源纹波噪声产生的原因及解决方法

科技 2024-11-17 09:54 广东

本文要点：

1、电源纹波产生的原因?

2、纹波和噪声的区别?

3、纹波噪声产生的原因?

4、纹波噪声的解决方案?

DC/DC电源电路具有功耗低，功率高的优点，但同时由于DC/DC电路转换通过开关方式完成，造成不可避免的噪声引入，具体为电源电路的纹波和噪声。

开关电源(包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块)与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%;其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右(低的为输出电压的0.5%左右)，最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV;而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。

纹波：电源波动中的低频成分，一般低于5MHz，产生原因为MOSFET的开关动作。

噪声：电源波动中的高频成分，一般高于5MHz，且成分较复杂，一般包括MOSFET的开关噪声、白噪声，以及周围信号的干扰等。

低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。由于开关电源体积的限制，电解电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留，该输出纹波频率随整流电路方式的不同而不同。

对于纹波和噪声的消除方法，常见的有吸收式滤波和反射式滤波：

吸收式滤波：吸收式滤波有电容和电容电路构成，可以将噪声彻底消除。

反射式滤波:由π，T或L或LC滤波电路组成，其原理是使直流信号无衰减的通过滤波电路，而频率较高的纹波和噪声则被返回至源端。利用了滤波电路的阻抗失配达成滤波效果。其特点是滤波电路并不能将噪声完全消除，干扰仍然存在于电路中。根据源端阻抗和负载端阻抗的不同，有以下四种反射式滤波电路可供选择。DC/DC电路中常用1和3.

由于LC滤波电路的滤波原理是反射，干扰仍会存在于电路中，因此为避免这些干扰对其他电路的影响，需要采取其他一些措施：

增加滤波电容。单纯的电容和磁珠都具有将噪声完全滤除噪声的作用。

如上图所示，为减小输入端电源电路的干扰对电源电路的影响，需在A处放置电源滤波电路，其效果是将干扰反射回3.3V电源平面，而为避免反射的这些干扰对其他3.3V器件的影响，要在B处放置若干滤波电容。

将磁珠串联在LC滤波电路上，利用磁珠吸收电源干扰。如下图所示

这样既发挥了LC滤波电路的反射功能，又充分利用了磁珠对纹波和噪声等干扰的吸收功能。

如果要求更加严格，还可以加一级LDO

在开关电源或模块电源输出后再加一个低压差线性稳压器(LDO)能大幅度地降低输出噪声，以满足对噪声特别有要求的电路需要，输出噪声可达μV级。

由于LDO的压差(输入与输出电压的差值)仅几百mV，则在开关电源的输出略高于LDO几百mV就可以输出标准电压了，并且其损耗也不大。

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