开关电源实际产生噪声的了解
mouser 2021-09-13

本文将探讨实际的开关电源产生的噪声。

开关电源产生的噪声

首先,使用同步整流型降压DC/DC转换器的等效电路来了解一下开关电流的路径。

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SW1为高边开关,SW2为低边开关。SW1导通(SW2为OFF)时,电流路径是从输入电容器到SW1、再经由电感L到输出电容器。SW2导通(SW1为OFF)时,电流路径是从SW2经由L再到输出电容器。下图表示这些电流路径的差分,每当开关ON/OFF时,红色线路的电流都会急剧变化。该环路的电流变化非常剧烈,所以会因PCB板布线电感而在环路内会产生高频振铃。

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图中表示构成电源电路的外置部件、实装多层电路板的寄生分量及振铃的关系。

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红色部分标出的是上图所表示的电流在急剧变化的环路中的寄生分量。布线中存在布线电感,通常每1mm有1nH左右的电感。另外,电容器中存在等效串联电感ESL,MOSFET的各引脚间存在寄生电容。因此,如红框内的图例所示,开关节点将产生100MHz~300MHz的振铃。所产生的电流及电压,可通过两个公式求得。

此振铃会作为高频开关噪声带来各种影响。虽然有采取相应的措施,但由于无法从电源IC处去除安装电路板的寄生分量,因此只能通过PCB板布局设计及采用去藕电容来解决。关于PCB板布局,在DC/DC转换器的“PCB板布局”部分有详细介绍,请参考。

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关于差模噪声和共模噪声,请点击这里了解详情;关于串扰,在这里有详细介绍。关于共模滤波器,将在后续章节进行介绍。

关键要点:

・在开关时会产生急剧电流ON/OFF的环路中,会因寄生分量产生高频振铃=开关噪声。

・这种开关噪声可通过优化PCB板布线等来降低,但即使这样,残留的噪声也会作为共模噪声传导至输入电源,因此需要采取防止噪声漏出的措施。 

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