昌晖仪表谈开关电源噪声源和减小开关电源噪声的措施
2023年01月26日 09:16:24
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本文对开关电源的差模噪声、共膜噪声产生的原因及噪声流程模板的路径进行分析，并针对性提出减小开关电源噪声的具体措施供大家参考。
噪声源噪声源指造成模块EMI 的源头。开关电源产品中主要有DC/DC开关管、PFC开关管、辅助电源开关管以及一些功率磁性元件、单片机晶振(主要影响引出的信号线)。根据以往的经验，最厉害的噪声一般来自DC-DC副边的整流和续流二极管。
噪声的流动在模块内部及外部都是系统的，须要综合原副边、各个隔离的单元电路、周围环境等综合分析，分析噪声的流动不能仅仅把眼光集中在片面的小范围内。这一点一定要牢记：要从系统的角度全面地分析。
噪声分类
噪声通常分为差模噪声和共模噪声，具体如下：1、差模噪声源 差模噪声主要由较大的di/dt造成的，如大电流开关回路大电流快速切换时，桥式整流电路充电截止时等。大电流切换往往伴随较大的电压尖峰(不仅仅指开关管两端的，还包括一段走线两端的)，该电压尖峰是差模噪声大小的直接表现形式，电压尖峰越大则一般差模噪声越大。
减小差模噪声的主要方向有：①减小引线、走线的寄生电感以减小大电流切换时的感应噪声电压；②减慢开关管切换的速度；③在合适的位置(如一段走线的两侧)加上去耦电容等；
2、共模噪声源 共模噪声主要由较大的dv/dt形成的，由于工作信号的铜皮不可避免的与保护地(如机壳或者一块铜皮)存在分布电容，当工作信号的一块面积(铜皮、器件体等)存在较大的电压波动(如开关切换)时就会在保护地上感应出相同频率的电流，从而形成共模噪声。
减小共模噪声的主要方向有：①减小分布电容(减小面积或者增大距离)；②减慢开关的速度，减小dv/dt；
3、差模与共模噪声的相互转换 在一定条件下差模噪声和共模噪声会互相转换。共模滤波回路的阻抗不对称(Y电容不对称或者两根功率线上的感抗不相同)将会使共模噪声转换成差模噪声；差模滤波回路相对的不平衡也会导致差模噪声转换成共模噪声。因此，在原理图设计和PCB 设计时就应该尽可能保持滤波回路尤其是输入、输出滤波器的对称性，以避免各种噪声互相转换，尽量使噪声简单、单一。
4、开关电源主要噪声源 不管是传导还是辐射，EMI均主要来自dv/dt(尖峰)或di/dt(尖峰或谐振峰)的V/ns或A/ns的地方，而不只是开关频率的dv/dt 或di/dt。电压尖峰必然伴随电流尖峰，电流尖峰也必然伴随电压尖峰，共模噪声往往和差模噪声同时产生。开关电源的主要噪声源有PFC开关管、PFC二极管、DC/DC开关管、DC/DC二极管、功率磁性元件等，最厉害的噪声一般都来自DC/DC的整流或续流二极管。
噪声流出模板的路径1、传导 传导噪声流出模块的路径主要有以下几种(按照危害大小从小到大列举)：①从噪声源直接通过走线和器件流出；②噪声经过一次或多次耦合(感性的或容性的)或转换(共模与差模之间)从输入滤波器内侧流出；③保护地线连接不好，产生地噪声(这在电源系统中危害较大)；④ 噪声直接耦合到传导测试端口并流出模块(如输入输出相距太近产生耦合构成回路造成EMI较大，再如功率磁性元件距离端口太近造成EMI较大，这种情况一旦发生则很难解决，因此，要特别注意)。
2、辐射 辐射噪声流出模块的路径主要有以下几种(按照危害大小从小到大列举)：①噪声形成场并通过不完善的屏蔽泄漏出模块；②噪声形成场耦合到模块的各个端口并从模块引出线辐射出去；③从噪声源经过走线和器件传到模块的各个引出线上并从引出线出去。辐射测试中模块的引出线是开关电源模块造成辐射的主要原因，在设计时应该尽可能地减少模块的引出线，必须引出的，能短则短。作者：杨晔龙、胡艳
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