开关电源纹波测量与抑制技术详解

"纹波测量与抑制技术在开关电源中的应用" 纹波测量与抑制是电力电子领域中的关键环节，尤其在开关电源设计中至关重要。纹波是电源输出电压中所包含的高频波动成分，主要由开关元件（如双极性晶体管或MOSFET）的开关动作以及二极管的反向恢复效应产生。了解纹波的产生原因有助于我们有效地进行测量和抑制。 开关电源最常见的拓扑结构之一是buck降压型电源。在这个结构中，开关元件SWITCH的开关动作导致电感L中的电流波动，进而使得输出端产生与开关频率相同的纹波。输出电容的容量和等效串联电阻（ESR）对纹波大小有直接影响。此外，开关元件的上升和下降时间会产生高频噪声，通常在几十MHz范围内。二极管D的反向恢复瞬间也会导致类似的高频噪声。 对于AC/DC变换器，除了上述高频噪声外，还会有与输入交流电源频率（50~60Hz）一致的AC噪声，以及由功率器件外壳作为散热器产生的共模噪声。然而，对于汽车电子研发而言，后两者可能不是主要关注点。 在测量纹波时，有几个基本要求需要遵循： 1. 使用AC耦合以消除直流分量，只保留交流纹波信号。 2. 开启20MHz带宽限制以减少高频噪声对测量的影响。 3. 拔掉探头接地线，改用接地环测量，以降低干扰。如果无法做到，需考虑接地夹引入的误差。 4. 使用50Ω终端，有助于精确测量交流成分。不过，大多数示波器探头阻抗为100KΩ到10MΩ，其影响尚需进一步分析。 测量时，探头应直接接触输出点，若无法直接接触，可采用双绞线或50Ω同轴电缆进行连接。高频噪声的测量则需开启示波器的全通带，以便捕捉高频率成分。 测试方法可能因公司而异，但关键在于理解测试结果并确保纹波降低到可接受的水平。抑制纹波的方法包括增大输出电容、减小ESR、优化开关元件的开关速度、采用低噪声设计，以及使用滤波器等。有效的纹波抑制不仅可以提高电源系统的稳定性，还能减少对负载设备的影响，特别是对于敏感的汽车电子系统来说，纹波控制显得尤为重要。