【導讀】所有隔離式DC/DC轉(zhuan)換(huan)器(qi)都(dou)具(ju)有(you)產(chan)生(sheng)電(dian)噪(zao)聲(sheng)的(de)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)。功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)帶(dai)感(gan)性(xing)負(fu)載(zai)時(shi)
，比(bi)如(ru)變(bian)壓(ya)器(qi)，就(jiu)一(yi)定(ding)避(bi)免(mian)不(bu)了(le)和(he)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)感(gan)或(huo)電(dian)容(rong)產(chan)生(sheng)諧(xie)振(zhen)的(de)情(qing)況(kuang)。在(zai)幾(ji)百(bai)赫(he)茲(zi)的(de)中(zhong)等(deng)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)下(xia)工(gong)作(zuo)的(de)DC/DC轉換器可產生高達20MHz的噪聲。

這(zhe)種(zhong)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)完(wan)全(quan)滲(shen)透(tou)在(zai)整(zheng)個(ge)轉(zhuan)換(huan)器(qi)中(zhong)，在(zai)走(zou)線(xian)與(yu)走(zou)線(xian)之(zhi)間(jian)穿(chuan)梭(suo)
，通(tong)過(guo)器(qi)件(jian)內(nei)的(de)耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)從(cong)輸(shu)入(ru)到(dao)輸(shu)出(chu)之(zhi)間(jian)跳(tiao)躍(yue)。此(ci)外(wai)，輸(shu)出(chu)端(duan)的(de)脈(mai)衝(chong)能(neng)量(liang)的(de)流(liu)動(dong)
，在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)口(kou)呈(cheng)現(xian)出(chu)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)和(he)噪(zao)音(yin)，同(tong)時(shi)該(gai)噪(zao)音(yin)和(he)紋(wen)波(bo)被(bei)變(bian)壓(ya)器(qi)反(fan)射(she)到(dao)輸(shu)入(ru)端(duan)

，形(xing)成(cheng)原(yuan)邊(bian)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)。該(gai)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)在(zai)任(ren)何(he)的(de)感(gan)性(xing)元(yuan)件(jian)中(zhong)會(hui)產(chan)生(sheng)低(di)頻(pin)電(dian)壓(ya)，例(li)如(ru)輸(shu)入(ru)和(he)輸(shu)出(chu)的(de)導(dao)線(xian)
、PCB走線的長度、guokonghuoqijianyinjiao。jinguankeyitongguozaidianyuandeyuanbianhefubianzengjiadianronglaijiangdishuruheshuchuduandianyawenbo，dangongmozaoshenghennanquanbulvdiao
，yinweitamenchuxianzaishuruhuoshuchudelianggeduankou，yincilvboqiwufa“察覺”到。（圖1）。 

圖1：DC/DC轉換器的共模噪聲 (節選自DC/DC知識手冊1)

要設計一個非常低紋波和噪聲的電源需要三個獨立的濾波器，每個濾波器分別處理不同的幹擾： 

1: 輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)濾(lv)波(bo)器(qi)。該(gai)濾(lv)波(bo)器(qi)可(ke)減(jian)少(shao)由(you)變(bian)壓(ya)器(qi)傳(chuan)輸(shu)功(gong)率(lv)時(shi)引(yin)起(qi)的(de)脈(mai)衝(chong)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)。輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)需(xu)要(yao)吸(xi)收(shou)每(mei)個(ge)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)產(chan)生(sheng)的(de)脈(mai)衝(chong)電(dian)流(liu)。在(zai)功(gong)率(lv)傳(chuan)輸(shu)周(zhou)期(qi)的(de)間(jian)隙(xi)時(shi)間(jian)，輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)必(bi)須(xu)給(gei)負(fu)載(zai)提(ti)供(gong)能(neng)量(liang)。輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)隨(sui)著(zhe)每(mei)個(ge)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)上(shang)升(sheng)和(he)下(xia)降(jiang)，因(yin)而(er)具(ju)有(you)鋸(ju)齒(chi)波(bo)形(xing)狀(zhuang)的(de)圖(tu)表(biao)特(te)征(zheng)（圖2）。 

圖2：DC/DC轉換器的典型輸出紋波和噪聲波形

功率晶體管每次導通（Vce快速下降）或關閉（Vce快速上升）時由諧振引起的高頻開關噪聲疊加在該鋸齒波上。因此
，高頻噪聲與開關周期的波峰和波穀是同步的。 

2: 輸shu入ru紋wen波bo濾lv波bo器qi。功gong率lv晶jing體ti管guan每mei次ci導dao通tong時shi輸shu入ru電dian流liu迅xun速su上shang升sheng，每mei次ci關guan閉bi時shi電dian流liu會hui迅xun速su下xia降jiang。輸shu入ru電dian容rong是shi不bu能neng濾lv除chu疊die加jia了le共gong模mo噪zao聲sheng的de紋wen波bo電dian流liu
，但dan電dian源yuan輸shu入ru端duan的de噪zao聲sheng通tong常chang會hui低di於yu輸shu出chu端duan的de噪zao聲sheng，這zhe是shi因yin為wei電dian源yuan的de原yuan邊bian是shi低di阻zu抗kang源yuan
，吸xi收shou了le很hen多duo高gao頻pin率lv噪zao聲sheng。典dian型xing的de輸shu入ru反fan射she交jiao流liu紋wen波bo電dian流liu如ru圖tu3所示。 

圖3：反射紋波電流

3. 變bian壓ya器qi是shi跨kua接jie在zai輸shu入ru和he輸shu出chu之zhi間jian的de高gao阻zu抗kang源yuan，因yin此ci開kai關guan噪zao聲sheng可ke以yi輕qing易yi地di通tong過guo變bian壓ya器qi繞rao組zu之zhi間jian的de層ceng間jian電dian容rong耦ou合he在zai變bian壓ya器qi上shang。若ruo要yao降jiang低di該gai噪zao聲sheng，可ke以yi在zai隔ge離li帶dai上shang安an裝zhuang一yi個ge電dian容rong以yi在zai輸shu出chu和he輸shu入ru之zhi間jian提ti供gong一yi條tiao低di阻zu抗kang的de路lu徑jing。 

我們的任務是設計出一個輸出紋波和噪聲小於5mVp-p的隔離電源。在測量非常小的信號和高靈敏度放大器電路或高分辨率信號處理應用中，如24位模數轉換器，就需要這種平滑的電源。 

我們使用了R1ZX-0505 DC/DC轉換器，輸出經由板載線性穩壓器進行調節
，這樣可以提供僅30mVp-p的低噪聲輸出。 

第一步是在-Vout和+ Vin之間添加一個2nF電容。相對於變壓器的100pF耦合電容，2nF電容的返回路徑提供了更低的阻抗。該器件能大幅度降低輸出噪聲，但對輸入或輸出紋波的影響不大。 

第二步是在輸入和輸出回路中增加電容。兩個10μFMLCC並聯以降低ESR並安裝在輸入和輸出的兩端。結果是輸入和輸出紋波大幅減少，但輸出端的共模噪聲仍然十分明顯。輸出波形如圖4所示。 

我們現在需要做的就是過濾掉這些高頻開關尖峰
，但是它們不容易被濾掉因為它們是共模的幹擾，因此增加更多電容或LC濾波器不會有任何效果。 

圖4：加抑製電容的輸入和輸出紋波波形

我們用共模樣品盒嚐試了不同的共模電感組合
，直到找到最佳的解決方案。輸入需要用50uH的扼流圈和一對電容形成Pi型濾波器。即使線性穩壓器的CMRR很高，仍然需要嚴格控製輸入紋波。在輸出端放置一個類似的共模Pi濾波器，但最後發現一個10μH的扼流圈就已足夠了（圖5和圖6）。 

圖五：完整的濾波器設計 

未濾波輸出（僅用C3） 

濾波輸出（帶共模扼流圈） 

圖六：濾波前後的輸出波形（相同比例）

結論: 使用共模濾波器測量滿載時的輸出紋波和噪聲約為2mVp-p。genggairenheqijiandecanshuzhihuishishujubiandegengzao，yincizheshizuixiaodezhi。wanzhengdelvbodianlukenengkanqilaibijiaofuza，danshiyaoxianglvdiaosuoyoubutongdeganraoyuanhuodechusededizaoshengdianyuan（-68dB）就必須要這樣設計。濾波電路所使用的器件體積很小
，因此僅需占用很小的電路板空間。 

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