答题 | 开关电源 vs LDO电源---纹波

开关电源 vs LDO电源---纹波【文：黄刚】

问

答

对于开关电源来说，到底有没有一些方法能够减小它的纹波呢？

看到大家详细的回答，本人首先要说声感谢大家，同时也佩服各位对开关电源的原理的深刻认识。基本上你们的答案就是本人即将要说的了。在这里请允许本人再不胜其烦的总结并补充一下。

说到要找到方法去控制减小纹波，首先肯定要知道开关电源纹波的来源。从上篇文章对开关电源纹波的仿真结果中也可以看到，纹波其实大致上是和开关频率是同频的，之前在任性升降压文章中也提到，在稳态时电压在电感两端满足伏秒平衡，这时电流会在开关过程中上下波动，因此这波动的电流就会形成波动的电压，也就是纹波了。这里要另外补充一点，除了纹波，开关电源还会产生噪声，这是两个不同的概念。噪声一般是由开关切换时，变化的上升时间（或下降时间）激发出的奇数倍频的高频分量，还有就是由于二极管实际上是由电容电感串联的等效电感，在反向导通的瞬间引起的高频谐振。一般是几十MHz，远高于纹波的频率，而且噪声的幅度也较高。

下面就大致总结下几种减小纹波的方法。

既然说到纹波与开关频率和电感的关系，首先从这两方面着手。通过下面几个公式：

V=L*△I/△t，输入输出电压与占空比关系公式，以及伏秒平衡公式可以得到下面关于纹波与频率和电感L的公式如下（大家可以自己推导下）：

这里可以得到纹波的大小是和电感L和开关频率f是成反比的，因此从理论上认为增加电感值或者提高开关频率都可以减小纹波。另外根据电流I=C*△V/△t，又可以变换出：

又可以得到输出电容与纹波成反比，因此理论上也可以通过增加输出电容的容值来减小纹波。

以上说到的方法，理想是很丰满的，但是现实是比较骨感滴，刚刚肯定的东西立马又几乎要被否定了。因此事实上电感受体积的限制，不可能再做得更大，大的电容又会带来ESR的增大，当然你可以多并几个电容。提高开关频率嘛，上篇讲效率的文章也说了，又会增加损耗。如此一来，得到的好处似乎就不那么明显了。

因此，推出另一种方法，那就是再加一级LC电路（如下图红色所示），其实大家更好理解，我们平时滤除各种高频噪声不都靠它吗。

但是该方法也会有一些隐患，我们知道，电源有电压反馈点，多加一级LC后反馈点该放在蓝色的1点还是2点呢？放1点嘛，会导致输出电压降低，原因是多加的电感会有串联电阻，如果放在2点嘛，该电源系统相当于多加一组LC，降低了系统的稳定性。

那还有其他方法吗？还是有的，我们一直在说LDO电源最大的好处恰好是开关电源没有的，那就是纹波小。那如果把两者结合起来使用，会不会有1+1大于2的好处呢？其实还真可以，如下图，把开关电源的输出接到LDO电源的输入，这样的系统的输出电压纹波的确可以做的很好。也规避了LDO电源效率低的缺点。缺点嘛，呵呵，显而易见，成本成本！！！

以上列举了几种可以减小纹波的方法，但是每一种解决方案都不会是完美的，或多或少都会伴有一些缺点，具体使用就要看具体的情况了。至于很多网友说到的像在二极管或开关MOS管并联RC电路，二极管后接电感进行EMI滤波，包括使用软开关等，这其实主要是针对高频噪声的，当然也不否认会比较低频的纹波有一定的效果，在这里本文就不展开去讲了。

（以下内容选自网友答题）

减小高频开关电源纹波的措施有：一、【加大储能电感】 因为根据高频开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比。二、【采用LC滤波器】这对纹波的抑制作用比较明显，根据要除去的纹波频率选择合适的LC滤波器，一般能很好地减小纹波，但是，这种情况下需要考虑反馈比较电压的采样点。三、【加大输出电容滤波】。输出纹波和输出电容值也是成反比关系。所以加大输出电容值可以减小纹波。开关电源的滤波电容优选X7R或X5R电容与钽电解的组合，纹波稍放宽可用Y5V电容和瘦高外观的铝电解(低ESL型)配合。四、【采用软开关技术】这也是常用的抑制高频开关电源高频纹波的方法。五，【输出接LDO滤波】 这是减少纹波和噪声最有效的办法，输出电压恒定，不需要改变原有的反馈系统，但也是成本最高，功耗最高的办法。六、【从PCB设计布局布线方面考虑来减小纹波】。对减小纹波，高频开关电源的PCB设计布局布线也非常关键，PCB分布参数会导致调整误差或滤波效率变差，严重时甚至可能导致自激(一般在特定的负载强度下发生)，所以得高度重视电源布局布线。原则是取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC，PCB走线不可太长、太细，类似的储能电感也有同样原则，只是影响稍小，布局、走线不利相当于降低了电感 的Q值。

@ 龍鳳呈祥

评分：3分

1，增大输出电感感值可以考虑； 2，增加开关频率； 3，输出电容选择esr越小越好； 4，增加输出电容值，最好考虑大小容值合理搭配； 5，输出电源做在做一级LC滤波； 6，输入电源的工频电压的抑制要做得好； 7，开关管开关过程波形存在过冲及高频振荡，对地并联电容C或RC缓冲网络； 8，输出电流不是非常大，可考虑加一级LDO电路； 9，关注布局、布线的影响。减小反馈回路及高频信号的干扰，输出、输入回路要尽可能小；驱动信号走线短等；

@ hk

评分：3分

1.加大电感和输入电容 2.调整开关频率 3.在后端加RC滤波 4. 采用几相电路并联

@ 王发展

评分：2分

1、加大电感和输出电容滤波，在输出端采用高频性能好、ESR低的电容；2、二级滤波，就是再加一级LC滤波器；3、开关电源输出之后，接LDO滤波（LDO是lowdropoutregulator，意为低压差线性稳压器）；4、在二极管上并电容C或RC；5、二极管后接电感（EMI滤波）；6、采用与产品系统的频率同步；7、避免多个模块电源之间相互干扰；8、在电源输入端加EMI滤波器；9、PCB设计中注意输入输出的处理与回路地以及控制电路的处理等。

@ 刘栋

评分：3分

减小开关电源的纹波，可以从这几方面注意： 1、减少DCDC的输入纹波，输入端加LC滤波。LC滤波要选择合适的电感电容构成滤波电路，对噪声纹波有较好的抑制作用。 2、降低输出纹波，加大电感和输出电容滤波。电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感和输出电容可减小纹波。通常，输出电容使用电解电容和小陶瓷电容组合并联的方法。 3、在layout时，也要注意布局布线，遵循原则：取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC；PCB走线尽量短，不可太细等。 4、另外，如果输出电流不大，可以考虑输出端加磁珠；二极管上并电容、阻容或是接电感。根据产品的成本、体积等综合考虑。

@ ly

评分：3分

1.入口消灭法：入口并联nf级电容，2.传递消灭法：低寄生电容的电感，3.出口消灭法：pf级的电容，4.PCB布局法：二极管摆法、FB、环路最小等等，5.PCB层叠法：大的地平面、小的层叠间距。

@ 大海象

评分：2分

减小滤波电容的ESR

@ YUAN

评分：1分

1.加大电感和输出电容滤波; 2.二级滤波，就是再加一级LC 滤波器; 3.开关电源输出之后，接LDO 滤波; 4.在二极管上并电容C 或RC; 5.二极管后接电感（EMI 滤波）;

@ 飞飞

评分：3分

1：使用性能较好的芯片和外部低esr的和低esl电感，使用高精度电阻作为反馈电阻;2:layout时，参考推荐设计，注意减小输入，输出和反馈环路，互不嵌套，电源模块独立放置，电源平面与地平面尽力靠近，行成平面耦合电容。

@ Ben

评分：2分

1.不同容量、材质的电容并联构成滤波器，LC低通滤波电路能抑制高频噪声，为了减小纹波需加大电容容量和电感感量。2.开关管和二极管上并联C过RC高频火花抑制电路，能减小电源上高频振荡。3.电源采样点选择在输出端最远处滤波电容上，或芯片负载上，走线远离开关管、高速信号，避免干扰。4.电源走线时根据负载最大电流，选择合适的线宽、分割平面、过孔来优化直流压降。

@ 山水江南

评分：2分

滤波 采用低通滤波器把纹波滤除

@ big ben

评分：1分

开关电源纹波主要受纹波电流影响，减小纹波可以增加L增加输出电容增大开关频率，减小输出电容的等效电阻，比较有效的方法可以实用陶瓷电容并联减小内阻

@ 穆

评分：3分

考虑较高的开关频率和适当大的电感，减少电感电流纹波；考虑MLCC输出，减少开关电流在ESR上造成的纹波；考虑多相电源；考虑输出使用穿心电容或LC等滤波器滤除/旁路高频纹波电流；考虑牺牲一定效率使用超低压差线稳做二级电源。空载/低载情形的低频纹波恐怕只能牺牲效率，采用强制电流连续模式转化成好处理的高频了。

@ 水号

评分：3分

1.使用更大值的电感和电容，和更小ESR的器件。2.做二级滤波，就是再加一级LC滤波器。3.提高开关频率，但是也会增加开关损耗。4.有条件的使用多相开关电源。

@ 清晨的阳光

评分：3分

方法1：合理使用电感，电容分立器件进行滤波;方法2:合理设计pcb layout,注意输入，输出和反馈环路;方法3:按模块设计dcdc电源，远离其他干扰源;方法4:电源平面完整，且与地平面尽量近，耦合。

@ 海鸥

评分：2分

添加bulk电容并满足两个条件能大幅减小开关电源纹波：1.bulk cap ESR Rblk等于电源的输出电阻Rreg.2. Rblk*Cblk=Lreg/Rreg.其中Lreg是电源的等效输出电感.

@ cbk

评分：2分

增加电容电感滤波电路，避开开关频率带来的干扰，增大散热面积，提高工作效率

@ zhl

评分：2分

1.加大电感和输出电容滤波。根据开关电源公式，电感的电流和电感值成反比，输出的纹波和输出电容也是成反比，所以适当加大电感加大输出电容是有帮助的。 2.纹波要求高是可以进行多一级的LC滤波，LC滤波器对噪声纹波的抑制比较明显，根据已经测得的纹波的频率等参数搭配合适的LC值构成的电路，可以很好的减小纹波。 3.开关电源之后在接LDO，这种做饭直接有效，但是会多一些器件及成本，如果在幅度很大且输出电压纹波要求高的时候，推荐使用。 4. 在二极管上并联电容或rc电路，在二极管的反向恢复期间，等效为电感和电容的RC振荡网络，并联RC有利于缓冲。

@ 愿

评分：3分

减小纹波的的方法有：1、加大输出低频滤波的电感，电容参数。2、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。3、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率。4、加大输出高频滤波器。5、采用多级滤波。

@ 涌

评分：3分

比如说：1、加大续流串联电感；2、增加输出电容；3、在输出端加上一个π型（电容电感电容）滤波电路；4、可以考虑输出端再加一个LDO来使用。5、其他网友的可行建议等。

@ Jamie

评分：3分

1.加大电感值和输出电容值滤波。2.可以考虑采用二级滤波，增加一级LC滤波。 3.在开关电源输出之后，接LDO滤波。4.通过正确合理的PCB布线，布局，接地，屏蔽等处理。

@ 杆

评分：3分