开关电源纹波与噪声抑制详解：原理与测量策略

开关电源纹波及噪声抑制是电力转换系统中至关重要的技术环节，其目标是确保输出电压稳定且满足设备需求。本文首先阐述了开关电源纹波的基本概念，主要分为两种：一种是由开关周期性变化引起的直流输出电压波动，频率与开关频率一致，通常几十到几百千赫兹，这部分与输出电容的容量和ESR密切相关；另一种是高频噪声，由开关元件如双极性晶体管或MOSFET的导通/截止过程中的上升时间和下降时间产生的，频率通常在几十兆赫兹，以及二极管在反向恢复期间的谐振噪声，也属于此类。 在交流/直流（AC/DC）转换器中，除了上述纹波，还会遇到AC电源频率（50~60Hz）的AC噪声，以及共模噪声，这是由于功率器件的外壳作为散热器时形成等效电容所致。对于汽车电子这类应用，后两者的影响相对较小，因此在本文讨论中被暂时忽略。 为了准确测量开关电源的纹波，需要使用特定的测量方法。首先，使用示波器进行AC耦合，这有助于消除叠加的直流成分，获得清晰的波形。其次，开启20MHz带宽限制是为了防止高频噪声的干扰，确保测量结果的准确性。同时，拔掉探头的地线并使用接地环进行测量，能有效减少外部干扰。在仪器配置方面，建议使用50Ω终端，尽管实际操作中可能受限于设备配备。 在测量高频噪声时，需要使用示波器的全通带功能，频率范围可达几百兆赫兹至吉赫兹级别。不过，实际操作中可能需要通过双绞线或50Ω同轴电缆进行远程测量，以确保信号完整性。 开关电源纹波和噪声抑制是一个涉及多个参数、技术和设备选择的复杂过程，对输出质量、设备性能以及信号完整性都有着直接影响。理解这些原理和实践技巧对于设计高效、低噪声的开关电源至关重要。