原创 使用电感降低开关电源噪声

1. 使用电感的降噪对策

• ・仅用电容无法充分消除噪声时，可考虑使用电感。
• ・降噪对策中使用的电感大致有两种。
   ①绕组型电感：组成滤波器
   ②铁氧体磁珠：将噪声转换为热。

2. 电感和铁氧体磁珠的阻抗特性

• ・虽然铁氧体磁珠被归类为电感，但其频率－阻抗特性与普通电感不同。
• ・铁氧体磁珠与普通电感相比，具有电阻分量R较大、Q值较低的特性，因此可利用该特性消除噪声。
• ・普通的电感可容许较大的直流叠加电流，只要在其范围内，阻抗不怎么受直流电流的影响。
• ・请注意，铁氧体磁珠对于直流电流容易饱和，饱和会导致电感值下降，谐振点向高频段转移，滤波特性产生变化。

3. 使用绕组型电感的降噪对策：组成滤波器

• ・普通电感构成的滤波器，可选电感值的范围较宽。
• ・使用电感的Π型滤波器，在低频段，因电感和电容而发挥低通滤波器的作用。
• ・到了高频段，由于电感会表现为电容、电容会表现为电感，从而π型滤波器起到高通滤波器的作用，因此无法获得噪声消除效果。

4. 使用铁氧体磁珠的降噪对策：将噪声转换为热

• ・铁氧体磁珠的Q值较低，因此在较宽频率范围内具有有效的降噪效果。
• ・铁氧体磁珠在低频段基本上发挥低通滤波器的作用，在这个频段，对于直流电流容易饱和，因此使用这种电感值下降的铁氧体磁珠很难消除目标频段的噪声。
• ・当电抗下降且越过与电阻分量的交叉点时，铁氧体磁珠发挥电阻的作用，可将噪声转换为热。
• ・使用了铁氧体磁珠的滤波器，不仅可将噪声旁路消除，还可将噪声转换为热，因此有望实现优异的噪声消除性能。
• ・发挥电阻功能且将噪声转换为热，是与使用绕组型电感的滤波器之间的巨大差异。
• ・在更高频段，则与绕组型电感相同，发挥高通滤波器的作用。

5. 共模滤波器

• ・从严格意义上讲，共模滤波器并不是电感器，但在降噪对策中它是重要的磁性器件。
• ・共模滤波器的结构是两个绕组绕在一个磁芯上，相当于两个电感组合。
• ・共模滤波器是利用自感作用来阻止共模电流通过（斩波），从而消除共模噪声。
• ・共模电流不流通、差模电流流通。

6. 使用共模滤波器的降噪对策

• ・作为开关电源的输入滤波器使用时，要使用差模阻抗较大的分裂绕组结构的共模滤波器。
• ・这种滤波器一般作为电源线用共模滤波器销售。
• ・虽然其差模噪声消除效果也值得期待，但是由于几百k～几MHz左右的差模阻抗非常低，因此一般与π型滤波器等差模噪声用的滤波器并用。

7. 串扰相关的注意事项

• ・有些PCB板布线布局，会因串扰而导致滤波效果下降。
• ・串扰是因电路板布线间的杂散电容和互感，噪声与相邻的其他电路板布线耦合。
• ・滤波器后的布线与含有滤波器前的噪声的布线相邻时，噪声因串扰而耦合，滤波效果下降。
• ・作为对策，采用不与含有噪声的线路相邻的布局，可将噪声耦合控制在最低限度内。

8. GND线反弹噪声相关的注意事项

• ・在使用了Π型滤波器的电感前后所配置的电容，其GND的设置方法可能会带来地线反弹噪声。
• ・作为对策，为了避免噪声直接传播，可利用Via的寄生电感的手法，经由过孔（Via）与GND平面连接，改善效果较好。