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昌暉儀表談開關電源噪聲源和減小開關電源噪聲的措施

2023年01月26日 09:16:24      來源：云南昌暉儀表制造有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量：35

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本文對開關電源的差模噪聲、共膜噪聲產(chǎn)生的原因及噪聲流程模板的路徑進行分析，并針對性提出減小開關電源噪聲的具體措施供大家參考。

噪聲源
噪聲源指造成模塊EMI 的源頭。開關電源產(chǎn)品中主要有DC/DC開關管、PFC開關管、輔助電源開關管以及一些功率磁性元件、單片機晶振(主要影響引出的信號線)。根據(jù)以往的經(jīng)驗，最厲害的噪聲一般來自DC-DC副邊的整流和續(xù)流二極管。

噪聲的流動在模塊內(nèi)部及外部都是系統(tǒng)的，須要綜合原副邊、各個隔離的單元電路、周圍環(huán)境等綜合分析，分析噪聲的流動不能僅僅把眼光集中在片面的小范圍內(nèi)。這一點一定要牢記：要從系統(tǒng)的角度全面地分析。

噪聲分類
噪聲通常分為差模噪聲和共模噪聲，具體如下：
1、差模噪聲源      
差模噪聲主要由較大的di/dt造成的，如大電流開關回路大電流快速切換時，橋式整流電路充電截止時等。大電流切換往往伴隨較大的電壓尖峰(不僅僅指開關管兩端的，還包括一段走線兩端的)，該電壓尖峰是差模噪聲大小的直接表現(xiàn)形式，電壓尖峰越大則一般差模噪聲越大。 
減小差模噪聲的主要方向有：
①減小引線、走線的寄生電感以減小大電流切換時的感應噪聲電壓；
②減慢開關管切換的速度；
③在合適的位置(如一段走線的兩側)加上去耦電容等；

2、共模噪聲源       
共模噪聲主要由較大的dv/dt形成的，由于工作信號的銅皮不可避免的與保護地(如機殼或者一塊銅皮)存在分布電容，當工作信號的一塊面積(銅皮、器件體等)存在較大的電壓波動(如開關切換)時就會在保護地上感應出相同頻率的電流，從而形成共模噪聲。 
減小共模噪聲的主要方向有：
①減小分布電容(減小面積或者增大距離)；
②減慢開關的速度，減小dv/dt；

3、差模與共模噪聲的相互轉(zhuǎn)換     
在一定條件下差模噪聲和共模噪聲會互相轉(zhuǎn)換。共模濾波回路的阻抗不對稱(Y電容不對稱或者兩根功率線上的感抗不相同)將會使共模噪聲轉(zhuǎn)換成差模噪聲；差模濾波回路相對的不平衡也會導致差模噪聲轉(zhuǎn)換成共模噪聲。
因此，在原理圖設計和PCB 設計時就應該盡可能保持濾波回路尤其是輸入、輸出濾波器的對稱性，以避免各種噪聲互相轉(zhuǎn)換，盡量使噪聲簡單、單一。

4、開關電源主要噪聲源     
不管是傳導還是輻射，EMI均主要來自dv/dt(尖峰)或di/dt(尖峰或諧振峰)的V/ns或A/ns的地方，而不只是開關頻率的dv/dt 或di/dt。電壓尖峰必然伴隨電流尖峰，電流尖峰也必然伴隨電壓尖峰，共模噪聲往往和差模噪聲同時產(chǎn)生。開關電源的主要噪聲源有PFC開關管、PFC二極管、DC/DC開關管、DC/DC二極管、功率磁性元件等，最厲害的噪聲一般都來自DC/DC的整流或續(xù)流二極管。
開關電源
噪聲流出模板的路徑
1、傳導    
傳導噪聲流出模塊的路徑主要有以下幾種(按照危害大小從小到大列舉)：
①從噪聲源直接通過走線和器件流出；
②噪聲經(jīng)過一次或多次耦合(感性的或容性的)或轉(zhuǎn)換(共模與差模之間)從輸入濾波器內(nèi)側流出；
③保護地線連接不好，產(chǎn)生地噪聲(這在電源系統(tǒng)中危害較大)；
④ 噪聲直接耦合到傳導測試端口并流出模塊(如輸入輸出相距太近產(chǎn)生耦合構成回路造成EMI較大，再如功率磁性元件距離端口太近造成EMI較大，這種情況一旦發(fā)生則很難解決，因此，要特別注意)。

2、輻射      
輻射噪聲流出模塊的路徑主要有以下幾種(按照危害大小從小到大列舉)：
①噪聲形成場并通過不*的屏蔽泄漏出模塊；
②噪聲形成場耦合到模塊的各個端口并從模塊引出線輻射出去；
③從噪聲源經(jīng)過走線和器件傳到模塊的各個引出線上并從引出線出去。
輻射測試中模塊的引出線是開關電源模塊造成輻射的主要原因，在設計時應該盡可能地減少模塊的引出線，必須引出的，能短則短。
作者：楊曄龍、胡艷
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