开关电源降噪措施概览
0 2024-02-20
对于抑制开关电源的噪声而言,我们需要在设计之初就加以考虑,从源头消除噪声,这是最理想的方式,但现实并不总是如人意,所以降噪措施的采用要在工程实践中根据具体情况确定。大概有这么几种方式:1.分析频谱:通过频谱信息进而确定开关频率、上升/下降沿、过冲/下冲、振铃的各自产生的噪声是哪部分,对症下药;2.把握噪声源和传导路径:在噪声源处或者噪声传导路径上消除噪声;3.强化GND的设计:GND的优化设计对噪声的抑制尤为重要,要根据设计指导检查或优化GND的设计,降低环路阻抗;4.增加滤波器等降噪部件:这也基本是最后的一招,根据噪声的种类和性质,在电路中添加相应器件消除噪声。比如通过滤波器来滤除、通过旁路电容来滤除、通过芯片磁珠等的电阻成分来吸收噪声等。滤波器、旁路电容的效果等如措施3所述,会受GND好坏的影响,所以必须先优化GND设计。这里我们对措施4做一些补充。我们前面讲过噪声的2种主要形式:共模噪声和差模噪声,对于这2种噪声的抑制策略不同,如下图所示:要想降低差模噪声,可在电路板上缩小大电流路径的环路面积,并增加最优解耦和输入滤波器,尽可能地抑制噪声的产生,这也关系到降低共模噪声。而降低共模噪声的方法通常有缩短布线、抑制串扰和切断共模路径(适当增加阻抗)。EMC整改设计常采用电阻、去耦电容、铁氧体磁珠等器件,我们可以把它们统一归类到滤波器中去,但对差模噪声和共模噪声的抑制所采用的器件不同,下面我们来看看具体情况。差模滤波器差模滤波器采用电容器、电感、铁氧体磁珠和电阻等。下图中是使用了LC的π型滤波器。各部件对噪声具有如下作用:
  • 电容器:将噪声电流旁路到GND;
  • 电感:反射噪声电流;
  • 铁氧体磁珠:将噪声电流的低频信号通过电感成分反射、高频信号通过电阻成分转换为热;
  • 电阻:将噪声电流转换为热。

共模滤波器

对于共模噪声的对策是使用共模滤波器(共模扼流圈)。共模滤波器大致可以分电源线路使用的滤波器和信号线路用使用的滤波器两种,在开关电源的输入端一般使用电源线路用的共模滤波器,通过提高共模电流路径的阻抗来切断路径。后续内容我们将详细介绍各类器件的降噪细节信息。


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