解读开关电源高低频波纹的产生原理与抑制方法

开关电源工作时，如何抑制纹波和减小高频噪声？
开关电源通过高频化的能量变换获得较高的能量转换效率，工作频率一般是几十KHz到上百KHz。

相对于线性电源，开关电源工作时的高频噪声是比较多的，纹波系数也相对较高，需要设计合适的滤波电路来抑制纹波和消除高频噪声。

电容滤波
在电源电路中，电容滤波是必不可少的。

在开关电源电路中，滤波电容的选择显得特别重要，特别是输出端的滤波电容。

由于工作频率较高，需要考虑电容的阻抗和频率特性，滤波电容容量并不是越大越好。

因为电源的频率提高后，电容值会急剧下降，所以选择滤波电容的时候我们需要考虑电容的ESR（等效串联阻抗）。

需要尽量使用ESR值小的滤波电容。

电容需要在工作频率内有较低的等效阻抗才会有良好的滤波效果。

选择电容时需要考虑开关电源的工作频率，输出电压，输出电流，电容容值大小可以参考前辈们的计算公式：C>0.289/{f×（U/I）× ACv}，ACv是纹波系数，单位是%。

LC滤波
电感有着通直流隔交流的特性，加入滤波电感对消除高频噪声有着非常好的效果。

电容和电感组合在一起使用效果更好。

如果有必要，我们还可以加入二级的LC滤波电路。

使用滤波电感时，需要根据开关电源的功率选择适当的功率电感。

LDO滤波
LDO（低压差线性稳压器）有一项噪声抑制比的指示，也有着很好的滤波效果，加入LDO后，纹波系数会大幅的降低，对抑制纹波和消除高频噪声非常有效。

主题: 开关电源纹波的产生与控制开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波、高频纹波、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和闭环调节控制引起的纹波噪声1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。

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。

交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。

电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。

但其输出端的低频交流纹波仍较大。

若要实现开关电源的低纹波输出，则必须对低频电源纹波采取滤波措施。

可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。

低频纹波抑制的几种常用的方法:a、加大输出低频滤波的电感，电容参数，使低频纹波降低到所需的指标。

b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。

2、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路，在电路中，通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的，在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波，其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关，设计中尽量提高功率变换器的工作频率，可以减少对高频开关纹波的滤波要求。

高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路，常用的方法有以下几种:a、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率，有利于抑制输出高频纹波b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。

C、采用多级滤波。

3、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，因此当矩形波电压作用于功率器件时，开关电源的输出端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。

减小输出共模纹波噪声的常用方法:a、输出采用专门设计的EMI滤波器。

b、降低开关毛刺幅度。

4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振，频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。

开关电源纹波的产生我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生，首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。

随着SWITCH的开关，电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。

所以在输出端也会出现一个与SWITCH同频率的纹波，一般所说的纹波就是指这个。

它与输出电容的容量和ESR有关系。

这个纹波的频率与开关电源相同，为几十到几百KHz。

另外，SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET，不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间。

这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。

同样二极管D在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。

这两种噪声一般叫做高频噪声，幅值通常要比纹波大得多。

如果是AC／DC变换器，除了上述两种纹波(噪声)以外，还有AC噪声，频率是输入AC电源的频率，为50～60Hz左右。

还有一种共模噪声，是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器，产生的等效电容导致的。

因为本人是做汽车电子研发的，对于后两种噪声接触较少，所以暂不考虑。

开关电源纹波的测量基本要求：使用示波器AC耦合，20MHz带宽限制，拔掉探头的地线1，AC耦合是去掉叠加的直流电压，得到准确的波形。

2，打开20MHz带宽限制是防止高频噪声的干扰，防止测出错误的结果。

因为高频成分幅值较大，测量的时候应除去。

3，拔掉示波器探头的接地夹，使用接地环测量，是为了减少干扰。

很多部门没有接地环，如果误差允许也直接用探头的接地夹测量。

但在判断是否合格时要考虑这个因素。

还有一点是要使用50Ω终端。

横河示波器的资料上介绍说，50Ω模块是除去DC成分，精确测量AC成分。

但是很少有示波器配这种专门的探头，大多数情况是使用标配100KΩ到10MΩ的探头测量，影响暂时不清楚。

开关电源输出波纹的产生与控制开关电源输出波纹主要来源于五个方面：输入低频波纹、高频波纹、寄生参数引起的共模波纹噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的波纹噪声。

1、低频波纹是与输出电路的滤波电容容量相关。

电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频波纹的残留。

交流波纹经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。

电流型控制DC / DC变换器的波纹抑制比电压型稍有提高。

但其输出端的低频交流波纹仍较大。

若要实现开关电源的低波纹输出，则必须对低频电源波纹采取滤波措施。

可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。

低频波纹抑制的几种常用的方法:a、加大输出低频滤波的电感，电容参数，使低频波纹降低到所需的指标。

b、采用前馈控制方法，降低低频波纹分量。

2、高频波纹噪声来源于高频功率开关变换电路，在电路中，通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的，在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频波纹，其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关，设计中尽量提高功率变换器的工作频率，可以减少对高频开关波纹的滤波要求。

高频波纹抑制的目的是给高频波纹提供通路，常用的方法有以下几种:a、提高开关电源工作频率，以提高高频波纹频率，有利于抑制输出高频波纹b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频波纹。

C、采用多级滤波。

3、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，因此当矩形波电压作用于功率器件时，开关电源的输出端因此会产生共模波纹噪声。

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，可减小输出的共模波纹噪声。

减小输出共模波纹噪声的常用方法:a、输出采用专门设计的EMI滤波器。

b、降低开关毛刺幅度。

4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器件结电容与线路寄生电感的谐振，频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声。

降低开关电源的纹波噪声一、什么叫纹波？纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量；它主要有以下害处：1、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害；2、降低了电源的效率；3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器；4、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作；5、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。

二、纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示；例如：一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12 %；三、纹波的测试方法以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。

四、开关电源纹波的主要分类开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波、高频纹波、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和闭环调节控制引起的纹波噪声1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。

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。

交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。

电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。

但其输出端的低频交流纹波仍较大。

若要实现开关电源的低纹波输出，则必须对低频电源纹波采取滤波措施。

可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除。

摘要：本文主要通过对开关直流电源纹波出现的原因进行了简要的论述，并通过分析其出现的原因来总结得出抑制纹波所需要采取的措施，从而使得开关直流电源的纹波能够得到合理的抑制，这样有助于保障开关直流电源能够有效的运行。

希望通过本文的探究，能够为相关的人员提供一定的借鉴和参考。

关键词：开关直流电源；纹波抑制；问题；措施开关电源主要是对电路电源进行控制，一般来说，开关电源的效率较高，输出的电压也可以进行有效的调节，并且也能够尽可能的降低损耗，在体积上也较小，自重较轻，由于开关电源有着的如此多的优点，使得其应用的范围相对较广。

但是开关电源中也存在着纹波的问题，采取有效的手段对纹波进行抑制，方能更好的保障电路运行的安全和稳定。

下面本文就主要针对开关直流电源的纹波抑制问题进行深入的探究。

1 开关电源纹波产生的原因开关电源主要的作用就是将电网电路中的电压整流有效的转化为直流电，在合理的利用高频开关的基础上，实现对直流电的逆向转换，使其形成交流电，然后再通过开关变压所具备的降压作用，来将高频二极管中的整流有效的转化为直流电并进行输出。

而在开关电源中，纹波的出现主要是受到了如下几种因素的影响：1.1 低频纹波一般来说，低频纹波主要是因为滤波电路中呈现出的电解电容量不足所导致的，开关电源本身的体积就相对较小，在这一因素的限制下，电解电容对的容量也就无法无限制的增加，其所能够容纳的容量也相对较小，这样就使得对低频纹波产生，而相较于其他的纹波形式来说，这种低频纹波会随着电流中纹波频率的整流变化而呈现出一定的变化。

1.2 高频纹波当开关电源的逆变桥开关管处于开关的状态时，要想使得高频开关所具有的变压器体积可以有效的缩减以及能够保障其标准的重量，就需要对开关管的开关转换频率进行有效的控制，如果开关转换的频率相对较高，那么尖峰电压过冲就会随之出现，这样也会产生一定的纹波，使得开关电源中所输出的电压也出现相应的纹波，从而纹波之间就会产生共模效应。

开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施第一篇：开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施开关电源适配器输出纹波和噪声电压的抑制措施一、在开关电源适配器输出端采用片式三端电容器与普通电解电容器组合改善滤波的高频特性。

开关电源适配器的输出端含有较大的噪声电压的峰-峰值，这是由于电解电容器在高频下的特性不完善所造成的。

因为电解电容在高频下可以用电容、电阻和电感三者的串联来等效，所以在高频下电容对噪声的旁路作用不在明显。

由于电阻和电感的存在，反而使噪声电压体现在开关电源适配器的输出端。

为了抑制开关电源适配器的输出噪声，通常有两个建议可供设计人员采用：1）将输出端的电解电容一拆为几，即将一个大容量的电解电容采用几个小容量电解电容并联来替代。

这一建议虽不能根本抑制噪声电压的产生，但用新办法所产生的信噪声电压的峰-峰值要比原来为小。

2）在电解电容旁边并联一个小容量的高频陶瓷电容器，利用高频电容在高频下所体现的低容抗，使输出噪声电压得到较大衰减（当然在印制电路板上的陶瓷电容也应该保持比较短的布线长度，保持尽可能小的线路阻抗）。

二、采用高性能的表面贴装滤波器。

采用表面贴装的高性能滤波器来改善输出电压噪声。

贴装滤波器内部电路等效为一个π型滤波线路，在开关电源适配器的输出端串上一个贴装高性能滤波器。

对比原来的输出噪声电压峰-峰值，会大幅减小，在示波器上，几乎显示为一条直线，说明输出电压的噪声已明显得到抑制，从而很好说明了表面贴装高性能滤波器在这个线路中的作用。

三、避免多个模块电源之间相互干扰。

当在同一块印制电路板上有多个模块电源一起工作，若两个模块靠得很近，模块电源本身是不屏蔽的，并且靠得很近，输出端也没有采用低阻抗的电容，而且两个模块离开实际的输出端子的距离又比较远时，则可能因为相互之间的干扰使输出噪声电压增加。

为避免这种相互干扰，可采用屏蔽措施，或将它们的安装位置适当远离，以减小相互之间的影响。

四、在开关电源适配器的输出端增加一级低压差线性稳压电路。

详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法
开关电源具有效率高、输出电压可调范围大、损耗小、体积小、重量轻等特点，得到了广泛的应用。

由于开关电源体积小，输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大，如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。

本文通过对Buck电路的分析，找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。

 纹波的定义
 Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。

 通常情况下，开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电，经高频开关变换由变压器降压，经高频二极管整流滤波后，得到稳定的直流电压输出。

其自身含有大量的谐波干扰，同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源，这些尖峰就是输出纹波。

输出纹波主要来源于4个方面：低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。

 Buck电路产生纹波的机理及计算
 1、纹波电流计算
 电感的定义：
 λ为线圈磁链、N为线圈匝数、i为流经线圈的电流、Φ为线圈磁通。

如果。

详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法
详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法
开关电源具有效率高、输出电压可调范围大、损耗小、体积小、重量轻等特点，得到了广泛的应用。

由于开关电源体积小，输出直流电压的纹波含量比同功率线性电源大，如何降低纹波含量成为开关电源应用及制造技术中的一个关键技术难点。

本文通过对Buck电路的分析，找出对纹波的产生有影响的因素及改善的措施。

纹波的定义
Buck类型开关电源的拓扑结构如图1所示。

通常情况下，开关电源首先把电网电压全波整流变为直流电，经高频开关变换由变压器降压，经高频二极管整流滤波后，得到稳定的直流电压输出。

其自身含有大量的谐波干扰，同时由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰都形成了电磁干扰源，这些尖峰就是输出纹波。

输出纹波主要来源于4个方面：低频纹波、高频纹波、共模纹波、功率器件开关过程中产生的超高频谐振等。

Buck电路产生纹波的机理及计算
1、纹波电流计算
电感的定义：
λ为线圈磁链、N为线圈匝数、i为流经线圈的电流、Φ为线圈磁通。

如果。

开关电源在为电子设备带来更高转换效率的同时，也带来了开关噪声，电子设备特别是一些测量仪表、通信设备对电源纹波都很敏感，特别是高频纹波会对设备造成很大的干扰。

对于高频开关电源开关纹波，通常抑制或减少它的做法有：1，加大电感和输出电容滤波根据高频开关电源的公式，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。

所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。

左图是开关电源电感L内的电流波形，其纹波电流△I可由下式算出：可以看出，增加L值，或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动。

同样，输出纹波与输出电容的关系：vripple=Imax/(Co×f)。

可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。

通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。

但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且ESR也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足。

同时，高频开关电源工作时，输入端的电压Vin不变，但是电流是随开关变化的。

这时输入电源不会很好地提供电流，通常在靠近电流输入端(以BucK型为例，是SWITcH附近)，并联电容来提供电流。

应用该对策后，BUCK型开关电源如下图所示：上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。

因为体积限制，电感不会做的很大；输出电容增加到一定程度，对减小纹波就没有明显的效果了；增加开关频率，又会增加开关损失。

所以在要求比较严格时，这种方法并不是很好。

关于高频开关电源的原理等，可以参考各类开关电源设计手册。

</DIV><DIV> </DIV><DIV>2，二级滤波，就是再加一级LC滤波器LC滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显，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，一般能够很好的减小纹波。

但是，这种情况下需要考虑反馈比较电压的采样点。

(如下图所示)采样点选在LC滤波器之前(Pa)，输出电压会降低。

开关电源输出纹波很大是什么原因及解决方法近年来，开关电源以其体积小，重量轻，效率高等优点，在工程领域、医疗机构、科学研究等方面有着越来越广泛的应用。

本文着重解决一款能输出10 A电流12V电压的特殊恒流源的纹波抑制问题，专门用于大功率的半导体激光器驱动。

该激光器需求高稳定的光功率输出，激光器输出光功率的稳定性是一个主要参数，半导体激光器的光功率稳定性主要表现在输入电流的稳定性，输入电流的纹波越小光功率稳定性越好。

目前，解决开关电源纹波的方法有若干种，各有其优缺点，由于输出电流是10 A的大电流，一般的方法不能适用。

纹波是工频引起的，减小纹波，作用很大的方法：1.，输出用π型电路，就是一个电容，一个电感，再一个电容的方式。

2。

输出电容一定要用高频低阻，甚至用固态电容，这两点是最有效果的方法。

还有加大电容容量都行，但这个效果就没那么明显开关电源纹波的产生我们最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生，首先要清楚开关电源纹波的种类和产生原因。

随着SWITCH的开关，电感L中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。

所以在输出端也会出现一个与SWITcH同频率的纹波，一般所说的纹波就是指这个。

它与输出电容的容量和ESR有关系。

这个纹波的频率与开关电源相同，为几十到几百KHz。

另外，SWITCH一般选用双极性晶体管或者MOSFET，不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间。

这时候在电路中就会出现一个与SWITCH上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。

同样二极管D在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。

这两种噪声一般叫做高频噪声，幅值通常要比纹波大得多。

如果是AC／DC变换器，除了上述两种纹波（噪声）以外，还有AC噪声，频率是输入AC电源的频率，为50～60Hz左右。

开关电源纹波产生分析
随着SWITCH 的开关，电感L 中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。

所以在输出端也会出现一个与SWITCH 同频率的纹波，一般所说的纹波就是指这个。

它与输出电容的容量和ESR 有关系。

这个纹波的频率与开关电源相同，为几十到几百KHz。

 另外，SWITCH 一般选用双极性晶体管或者MOSFET，不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间。

这时候在电路中就会出现一个与SWITCH 上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。

同样二极管D 在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。

这两种噪声一般叫做高频噪声，幅值通常要比纹波大得多。

如果是AC／DC 变换器，除了上述两种纹波(噪声)以外，还有AC 噪声，频率是输入AC 电源的频率，为50～60Hz 左右。

还有一种共模噪声，是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器，产生的等效电容导致的。

因为本人是做汽车电子研发的，对于后两种噪声接触较少，所以暂不考虑。

开关电源纹波的测量。