【導讀】在應用電源模塊常見的問題中，降低負載端的紋波噪聲是大多數用戶都關心的。下文結合紋波噪聲的波形、測試方式，從電源設計及外圍電路的角度出發，闡述幾種有效降低輸出紋波噪聲的方法。
紋波噪聲的測試方法
對于中小微功率模塊電源的紋波噪聲測試，業內主要采用平行線測試法和靠接法兩種。其中，平行線測試法用于引腳間距相對較大的產品，靠測法用于模塊引腳間距小的產品。但不管用平行線測試法還是靠測法，都需要限制示波器的帶寬為20MHz。
具體如圖1和圖2所示。
圖1 平行線測試法
注1：C1為高頻電容，容量為1μF；C2為鉭電容，容量為10μF。
注2：兩平行銅箔帶之間的距離為2.5mm，兩平行銅箔帶的電壓降之和應小于輸出電壓的2%。
圖2 靠接測試法
去除地線夾測試的區別
測試紋波噪聲需要把地線夾去掉，主要是由于示波器的地線夾會吸收各種高頻噪聲，不能真實反映電源的輸出紋波噪聲，影響測量結果。下面的圖3和圖4分別展示了對同一個產品，使用地線夾及取下地線夾測試的巨大差異。
圖3 使用地線夾測試-示波器垂直分辨率200mv/div
圖4 去除地線夾測試-示波器垂直分辨率50mv/div
輸出濾波電容的影響
輸出濾波電容的容值、ESR對模塊輸出的紋波噪聲也有直接影響。對比同一個產品在外圍是否增加電容對紋波噪聲影響。不加外接電容時，測試輸出的紋波噪聲，如圖5所示，約為100mV。同樣的輸入、負載條件下，電源的輸出端加226的MLCC，實測電源輸出的紋波噪聲降到不到40mV。
圖5 無外接電容
圖6 外加226電容
實際應用時，電容除容量、ESR外，建議負載端的電容在回到電源之前，先匯集到輸出電容，經過電容濾波后，再回到電源，從而有效降低紋波噪聲對電路的影響。
電感對紋波噪聲的影響
電感的感量及寄生電容對紋波噪聲的影響同樣顯著。一般地，感量大時對紋波抑制作用明顯，寄生電容小的電感對噪聲抑制效果好。以對紋波抑制為例，測試對電源輸出紋波的影響，我們先人為的把產品內部的濾波電感短路，只用電容濾波，測得紋波噪聲如圖7所示，紋波峰峰值約50mV。
圖7 人為短路內部濾波電感的紋波噪聲圖
下一步，在電源外部增加一個LC電路，在相同輸入、負載條件下，重測紋波噪聲圖，如圖8所示，紋波已接近直線，非常小。
圖8 外加LC的紋波噪聲圖
非紋波的震蕩處理
前面介紹了紋波是與開關電源的工作頻率相關，但是還有另外一種震蕩是與負載的工作頻率相關的，如圖9所示。
圖9 負載工作周期大約1.1s
DC-DC電源模塊給MCU、晶振、WiFi模塊、4G/5G模塊等電路同時供電，WIFI模塊會繼續周期性的掃描，掃描開啟時，電源模塊電流會增加，使得模塊輸出電壓瞬間會有一個下降；同理掃描關斷時，模塊輸出電壓會上升突變。
這種模塊輸出電壓的突變，并不是產品本身的紋波噪聲，而是由于負載電流的突變，釋放了電容電壓。減小這類紋波的最好辦法，是在負載前端增加π濾波器或大電容。
在4G/5G模塊正常工作時會有2~3A的瞬態負載電流，可以在4G/5G模塊前端增加大電容減小供電電壓的紋波。
選擇產品型號時，可以特別關注產品的瞬態性能。如下圖所示，E-UHBCS-6W、E-UHBDD-6W、E-UHBDD-10W、E-UHBD-20W系列產品的瞬態性能指標。負載50%~75%階躍變化時，輸出電壓波動為±5%，可以通過增加輸出濾波電容，減小輸出電壓的波動。
圖10 瞬態性能指標
E-UHBCS-6W、E-UHBDD-6W、E-UHBDD-10W、E-UHBD-20W系列產品輸出紋波噪聲的典型值為50mV，輸出電壓小，輸出紋波值也越小。
小結
以上簡單從紋波噪聲的圖例、測試方法開始，描述從電源設計、外部電路應用出發，結合實際測試比較幾種降低紋波噪聲的方法。實際的工程應用中還需考慮電容、電感的負載效應、自激影響等，需再做深究。
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