摘要開關(guān)電源因具有效率高，輸出電壓可調(diào)範(fàn)圍大、損耗小、體積小、重量輕而得到了廣泛的應(yīng)用。但開關(guān)電源體積小，輸出直流電壓的紋波含量比同功率線性電源大，如何降低紋波含量成為開關(guān)電源應(yīng)用中的壹個關(guān)鍵技術(shù)難點，本文闡述開關(guān)電源紋波產(chǎn)生的原因和通常的解決方法，具體介紹了開關(guān)電源設(shè)計中降低輸出紋波所采用的壹系列措施，並對其有效性進行了理論分析。
關(guān)鍵詞開關(guān)電源；紋波；噪聲

壹、開關(guān)電源的概念
習(xí)慣上，高頻開關(guān)整流AC-DC和DC-DC變換器被稱作開關(guān)電源。由於其高工作頻率，帶來了設(shè)備的體積和重量的減小。由於開關(guān)電源的變換效率高，能量損耗減少，降低了電源環(huán)境溫度，改善了工作人員的環(huán)境。工作性能的提高。相對於相控電源來說，開關(guān)電源不僅節(jié)省能源，也節(jié)省了材料和體積。
開關(guān)電源產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域有LED照明、計算機、通信辦公設(shè)備、控制設(shè)備、電子儀器、電視、攝像機、電子遊戲機等產(chǎn)品。在電腦、電子儀器和通信系統(tǒng)中應(yīng)用極為廣泛的開關(guān)電源，在近半個世紀(jì)的發(fā)展過程中，因具有輕、小、高效等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)的線性電源和相控電源，成為電子電源中的主流產(chǎn)品。
開關(guān)電源發(fā)展中壹個永恒的主題是實現(xiàn)電源的高頻率、高效率、小體積、低成本。高工作頻率，可以提高動態(tài)響應(yīng)，也是減少體積和重量的重要途徑；高效率，減少熱損耗，實現(xiàn)高功率密度；小體積，減少變壓器，電感和電容的體積，同時還要兼顧高可靠性和低成本。

二、開關(guān)電源紋波產(chǎn)生的機理和解決方案
1、紋波產(chǎn)生的機理
常規(guī)AC/DC，關(guān)電源的工作模式是把電網(wǎng)電壓全波整流變?yōu)橹绷麟?，?jīng)高頻開關(guān)變換由開關(guān)變壓器隔離並升、降壓，經(jīng)高頻二極管整流濾波後以直流電輸出。開關(guān)電源輸出紋波主要來源於五個方面：輸入低頻紋波、高頻紋波、寄生參數(shù)引起的共模紋波噪聲、功率器件開關(guān)過程中產(chǎn)生的超高頻諧振噪聲和閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲。
低頻紋波
低頻紋波是與輸出電路的濾波電容容量相關(guān)。由於開關(guān)電源體積的限制，電解電容的容量不可能無限制地增加，導(dǎo)致輸出低頻紋波的殘留，該輸出紋波頻率隨整流電路方式的不同而不同。
壹般的開關(guān)電源由AC/DC和DC/DC兩部分組成。AC/DC的基本結(jié)構(gòu)為整流濾波電路，它輸出的直流電壓中含有交流低頻紋波，其頻率為輸入交流電源頻率的二倍，幅值與電源輸出功率及濾波電容容量有關(guān)，壹般控制在10%以內(nèi)。該交流紋波經(jīng)DC/DC變換器衰減後，在開關(guān)電源輸出端表現(xiàn)為低頻噪聲，其大小由DC/DC變換器的變比和控制系統(tǒng)的增益決定。例如：對普通24V電源來說，電壓型控制DC/DC變換器的紋波抑制比壹般為45～50dB，其輸出端的低頻交流紋波有效值為60～120mV。電流型控制DC/DC變換器的紋波抑制比稍有提高，但其輸出端的低頻交流紋波仍較大。若要實現(xiàn)開關(guān)電源的低紋波輸出，則必須對低頻電源紋波采取濾波措施?？刹捎们凹夘A(yù)穩(wěn)壓和增大DC/DC變換器閉環(huán)增益來消除。
高頻紋波
高頻紋波噪聲來源於高頻功率開關(guān)變換電路，在電路中，通過功率器件對輸入直流電壓進行高頻開關(guān)變換而後整流濾波再實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的，在其輸出端含有與開關(guān)工作頻率相同頻率的高頻紋波，其對外電路的影響大小主要和開關(guān)電源的變換頻率、輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，設(shè)計中盡量提高功率變換器的工作頻率，可以減少對高頻開關(guān)紋波的濾波要求。
共模紋波噪聲
由於功率器件與散熱器底板和變壓器原、副邊之間存在寄生電容，導(dǎo)線存在寄生電感，因此當(dāng)矩形波電壓作用於功率器件時，開關(guān)電源的輸出端因此會產(chǎn)生共模紋波嗓聲。減小與控制功率器件、變壓器與機殼地之間的寄生電容，並在輸出側(cè)加共模抑制電感及電容，可減小輸出的共模紋波噪聲。
超高頻諧振噪聲
超高頻諧振噪聲主要來源於高頻整流二極管反向恢復(fù)時二極管結(jié)電容、功率器件開關(guān)時功率器件結(jié)電容與線路寄生電感的諧振，頻率壹般為1～10MHz，通過選用軟恢復(fù)特性二極管、結(jié)電容小的開關(guān)管和減少布線長度等措施可以減少超高頻諧振噪聲。
閉環(huán)調(diào)節(jié)控制引起的紋波噪聲
開關(guān)電源都需對輸出電壓進行閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)計的不適當(dāng)也會引起紋波。當(dāng)輸出端波動時通過反饋網(wǎng)絡(luò)進入調(diào)節(jié)器回路，可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)器的自激振蕩，引起附加紋波。此紋波電壓壹般沒有固定的頻率。
2、抑制紋波的壹般措施和方法
低頻紋波的抑制
低頻紋波抑制的幾種常用的方法：
a、加大輸出低頻濾波的電感，電容參數(shù)，使低頻紋波降低到所需的指標(biāo)。
b、采用前饋控制方法，降低低頻紋波分量。
高頻紋波的抑制
高頻紋波抑制的目的是給高頻紋波提供通路，常用的方法有以下幾種：
a、提高開關(guān)電源工作頻率，以提高高頻紋波頻率，有利於抑制輸出高頻紋波。
b、加大輸出高頻濾波器，可以抑制輸出高頻紋波。
c、采用多級濾波。
共模紋波噪聲的抑制
減小輸出共模紋波嗓聲的常用方法：
a.輸出采用專門設(shè)計的EMI濾波器
b.降低開關(guān)毛刺幅度
閉環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)不適當(dāng)引起的紋波抑制
在開關(guān)直流電源中，往往因調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇不適當(dāng)會引起輸出紋波的增大，這部分紋波可通過以下方法進行抑制。
a、在調(diào)節(jié)器輸出增加對地的補償網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)器的補償可抑制調(diào)節(jié)器自激引起的紋波增大。
b、合理選擇閉環(huán)調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)和閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)，開環(huán)放大倍數(shù)過大有時會引起調(diào)節(jié)器的振蕩或自激，使輸出紋彼含量增加，過小的開環(huán)放大倍數(shù)使輸出電壓穩(wěn)定性變差及紋波含量增加，所以調(diào)節(jié)器的開環(huán)放大倍數(shù)及閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)要合理選取，調(diào)試中要根據(jù)負載狀況進行調(diào)節(jié)。
c、在反饋通道中不增加純滯後濾波環(huán)節(jié)，使延時滯後降到最小，以增加閉環(huán)調(diào)節(jié)的快速性和及時性，對抑制輸出電壓紋波是有益的。

參考文獻
張占松，蔡宜三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，1999