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今年会·(jinnianhui)金字招牌-降压稳压器输出电压纹波测量中的高频噪声

发布时间：2026-05-31 21:25:02

【导读】与低压差(LDO)稳压器比拟，开关电源具备更高的效率及更强的功率处置惩罚能力。但与此同时，功率场效应晶体管(FET)的快速开关瞬态历程会孕育发生向周围辐射的电磁噪声。于丈量输出电压纹波时，这种辐射噪声可被检测到，并体现为高频噪声。借使倘使测试设置不妥，可能会影响开关电源的真实机能体现。本文阐发了电压丈量中呈现高频噪声的底子缘故原由，并论述客户是否需要为这种噪声担心。文章经由过程Ansys Maxwell仿真模仿电源周围的辐射磁通漫衍，直不雅出现辐射效应。此外，本文提出了一种可丈量电路中现实输出电压纹波并辨认高频噪声激发的潜于问题的要领。

弁言

于浩繁运用中，开关电源依附高效率、高功率等优秀特征，成为事实上的独一选择。降压型功率转换器是今朝运用最广泛的拓扑布局，经由过程脉冲宽度调制(PWM)节制开关特征，实现功率传输调治。但与此同时，功率FET于纳秒至数十纳秒级的快速开关瞬态历程中会引入高频噪声。例如，于对于噪声敏感的运用中，假如电源孕育发生的高频电压尖峰与时钟旌旗灯号叠加，将会致使ADC、ASIC、FPGA等负载器件事情异样甚至掉效。是以，明确高频噪声的底子成因、辨认噪声问题，并找到按捺或者消弭其影响的可行方案至关主要。而准确的噪声/纹波丈量要领尤为要害。

降压转换器的典型输出电压纹波

于典型降压转换器中，电感与电容组成滤波收集，为开关动作孕育发生的交流旌旗灯号提供传导通路径。电感电流包罗交流份量及直流份量。年夜部门交流份量将流入输出电容，而直流份量只流向负载。若不思量元件寄生参数（如图1a所示），输出电容两头的输出电压纹波为光滑波形（如图1b所示）。

图1.简化降压转换器：(a)无寄生参数的电路；(b)开关波形

若思量输出电容的寄生电阻与寄生电感（如图2a所示），输出电压纹波会发生显著变化（如图2b所示）。

图2.包罗寄生参数的输出电容：(a)简化电路；(b)输出电压波形

图2b中波形的交流份量重要漫衍于开关频率四周，规模为数百kHz至数MHz。但于现实测试中，输出电压凡是会呈现更高频率的份量，频率约为数百MHz。功率电感的寄生电容可为这些数百MHz的旌旗灯号提供从开枢纽关头点到输出真个导通路径，如图3所示。

图3.思量电感寄生电容时的输出电压纹波：(a)开枢纽关头点至输出真个导通路径；(b)开关波形

图4a给出了基在LTM4628 µModule®降压稳压器的输出电压丈量示例,可以清晰不雅察到开关频率波形与高频尖峰。而当探头相对于在电路板从垂直标的目的改成程度标的目的时，测患上的输出电压纹波从54mV降至42mV，如图4b所示。图5展示了输出电压的丈量方式。若仅思量导通路径上孕育发生的输出电压纹波，丈量成果不该随探头位置转变。同时，探头拾取的高频噪声与开关动作同步。是以，探头分外拾取的高频噪声极可能是快速开关瞬态历程中，热环路内高di/dt所感到的辐射噪声。

图4.采用通用无源探头丈量LTM4628的输出电压纹波：(a)探头垂直在演示板；(b)探头程度在演示板

图5.输出电压纹波丈量设置：(a)探头垂直在演示板；(b)探头程度在演示板

为进一步验证探头位置所带来的差异，别离采用通用探头、BNC线缆和有源差分探头来丈量输出电压纹波，如图6所示。如图所示，通用探头需要分外弹簧作为接地回路，于是丈量环路更年夜。

表1给出了差别探头的丈量成果。与垂直放置丈量比拟，探头程度放置时测患上的高频尖峰均更低。此外，利用通用探头时的程度放置丈量成果，要高在利用BNC线缆与差分探头时的丈量成果。

图6.差别的探头：(a)通用探头；(b)BNC线缆；(c)差分探头

表1.采用垂直与程度丈量方式时，差别探头测患上的输出电压纹波

为理解输出电压纹波丈量中呈现的异样征象，基在简化后的LTM4628物理布局搭建了如图7a所示的Maxwell仿真模子。热环路1由模块内部的MOSFET与内部输入电容组成；热环路2由MOSFET与演示板上模块四周的外部输入电容组成。向热环路1及热环路2均注入300MHz的等效电流，以模仿开关瞬态历程中热环路内的高di/dt效应。图7b展示了模块周围的磁场（H场）漫衍。于演示板上方、模块周围区域的H场强度显著更高，注解热环路孕育发生的磁通极易被探头丈量环路拾取。