开关电源噪声源分析

shanyan

1、噪声源
噪声源指的是造成模块EMI 的源头。开关电源产品中主要有DCDC 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）。根据以往的整改经验，最厉害的噪声一般来自DC-DC副边的整流和续流二极管。

                               
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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。噪声通常分为差模噪声和共模噪声，具体如下。
1.1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。因此，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；
1.2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。因此，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；
1.3 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。
1.4 电源模块的主要噪声源
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。开关电源的主要的噪声源有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。
2、噪声流出模板的路径
2.1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）。
2.2 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。

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