一、引言

開關電源因其高效率、小體積、輕重量等優點，在現代電子設備中得到了廣泛應用。然而，開關電源在工作過程中會產生紋波噪聲，這些噪聲不僅會影響電源本身的性能，還可能對后續電路造成不良影響。因此，如何有效抑制開關電源的紋波噪聲，成為了電源設計領域的重要課題。本文將詳細探討開關電源紋波噪聲的抑制方法，以期為電源設計和應用提供參考。

二、開關電源紋波噪聲的產生原因

開關電源的紋波噪聲主要來源于以下幾個方面：

電源本身的不穩定性：電壓調節器和整流電源等電源設備在工作時可能存在一定的不穩定性，導致輸出電壓發生波動。

電源負載變化：當負載電流發生變化時，電源可能無法立即提供穩定的電壓，導致輸出電壓產生波動。

電源線傳輸損耗：電源線路中存在一定的電阻和電感，當通過這些線路傳輸電能時，可能會導致電壓波動。

干擾電源：附近的電子設備可能會干擾電源的工作，導致輸出電壓波動。

三、開關電源紋波噪聲的抑制方法

針對開關電源紋波噪聲的產生原因，我們可以采取以下方法來抑制紋波噪聲：

加大電感和輸出電容濾波

根據開關電源的公式，電感內電流波動大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比。因此，加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。通常的做法是，對于輸出電容，使用鋁電解電容以達到大容量的目的。但是，電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好，且ESR（等效串聯電阻）也比較大。為了彌補這一不足，可以在電解電容旁邊并聯一個陶瓷電容。此外，開關電源工作時，輸入端的電壓Vin不變，但電流是隨開關變化的。因此，在靠近電流輸入端（以Buck型為例，是Switch附近），并聯電容來提供電流，也可以對減小紋波起到一定的作用。

二級濾波

在輸出端再加一級LC濾波器，可以有效抑制噪紋波。LC濾波器對噪紋波的抑制作用比較明顯，根據要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構成濾波電路，一般能夠很好地減小紋波。但需要注意的是，在電源系統內部引入了一個電感和一個電容，有可能會導致系統不穩定。因此，在選擇LC濾波器時，需要綜合考慮其對系統穩定性的影響。

使用LDO（低壓差線性穩壓器）濾波

在開關電源輸出之后，接LDO濾波是減少紋波和噪聲最有效的辦法。LDO具有輸出電壓恒定、不需要改變原有反饋系統的優點，但同時也是成本最高、功耗最高的辦法。任何一款LDO都有一項指標：噪音抑制比（PSRR），它是一條頻率-dB曲線，表示LDO對紋波和噪聲的抑制能力。

優化PCB布線

開關電源的PCB布線對抑制紋波噪聲也非常關鍵。高頻噪聲由于頻率高幅值較大，后級濾波雖然有一定作用，但效果不明顯。因此，在PCB布線時，需要特別注意高頻噪聲的抑制。簡單的做法是在二極管上并電容C或RC，或串聯電感，以減小高頻噪聲的傳播。

分布式抑制方式

一種減小紋波噪聲的開關電源模塊及其抑制方法采用了分布式的抑制方式。該模塊包括開關電源、紋波抑制模塊和噪聲抑制模塊。紋波抑制模塊包括第一級分壓單元和N個低壓差線性穩壓單元（LDO1, LDO2, … LDON）；噪聲抑制模塊包括第二級分壓單元和M個磁珠單元，第二級分壓單元將直流電壓（V1, V2, … VN）通過M個磁珠單元分配給M個需要不同或相同直流電壓的負載供電。根據每路負載對負載供電電壓紋波噪聲的頻段需求，選取相應磁珠的等效阻抗參數，從而實現有效的紋波抑制。

四、總結

本文詳細探討了開關電源紋波噪聲的抑制方法，包括加大電感和輸出電容濾波、二級濾波、使用LDO濾波、優化PCB布線以及分布式抑制方式等。這些方法各有優缺點，需要根據具體的應用場景和需求來選擇合適的抑制方法。在實際應用中，還可以結合多種方法來達到更好的抑制效果。未來，隨著電源設計技術的不斷發展，相信會有更多有效的紋波噪聲抑制方法被提出和應用。