电源模块纹波：别让这“小波澜”毁了你的设备

电源模块在现代生活中无处不在，几乎所有的现代化电子产品都离不开它，而纹波噪声也随之而来。本期我们先聚焦于纹波这一问题。

 纹波

 

由于电路中滤波电路设计不尽合理，直流电平之上就会附着包含周期且随机的杂波，这就产生了纹波。1. 纹波的成因

• 开关频率：DC-DC电源模块通过高频开关元件（如MOSFET）来实现电压转换，开关元件的开关动作会产生高频噪声，这些噪声会以纹波的形式出现在输出电压上。开关频率越高，纹波的频率也越高，但其幅度可能会因滤波电路的设计而有所降低。
• 电感和电容的特性：电感和电容是电源模块中的关键元件，它们的性能直接影响纹波的大小。电感的直流电阻（DCR）和电容的等效串联电阻（ESR）都会对纹波产生影响。电感的DCR越小，电容的ESR越低，纹波的幅度通常越小。
• 布局布线：电源模块与主电源电路中的敏感元件间距过近，或者布线不合理，都会导致纹波的增加。不合理的布局布线可能会引入额外的噪声，进一步加剧纹波问题。

图1 纹波

 

2. 纹波的影响

• 信号干扰：纹波会干扰电子设备中的信号传输，导致信号失真，影响设备的性能和稳定性。例如，在通信设备中，纹波可能会干扰信号的传输，导致数据传输错误。
• 动态响应：过大的纹波会影响电源模块的动态响应能力，导致设备在负载变化时无法快速稳定输出电压。这可能会导致设备在启动或负载变化时出现瞬间电压波动，影响设备的正常运行。
• 设备寿命：长期的纹波干扰会加速电子元件的老化，缩短设备的使用寿命。纹波可能会导致元件的热应力增加，从而加速其老化过程。

3. 降低纹波的策略当负载端出现电源纹波时，可以采取以下几种策略进行降低：3.1 优化布局布线

• 元件间距：确保电源模块与主电源电路中的敏感元件保持足够的间距，避免电磁干扰。
• 布线设计：合理设计电源线和地线，减少线路阻抗，降低纹波的传播。例如，采用星形接地方式可以有效减少地线噪声。

3.2 增大电感量

• 在满足输出电流需求的前提下，适当增大电感量可以有效降低输出纹波。然而，电感量的增加也会导致动态响应变差，因此需要在纹波和动态响应之间找到一个平衡点。
• 选择低直流电阻（DCR）的电感，可以进一步减少纹波的产生。

3.3 优化电容选择

• 选择低等效串联电阻（ESR）的电容，如陶瓷电容或固态电容，可以有效减少纹波。电容的容量和数量也需要根据具体需求进行优化，以达到最佳的滤波效果。

3.4 选择高质量的电源元件

• 在电源设计阶段，选用高质量的开关元件、电感、电容等元件，可以显著降低纹波的产生。例如，采用高频开关元件可以减少开关噪声，从而降低纹波。

3.5 采用合适的电源拓扑结构

• 不同的电源拓扑结构对纹波的抑制能力不同。例如，同步整流拓扑结构可以有效减少开关噪声，从而降低纹波。

 P系列全工况优选定压电源

 

纹波是衡量DC-DC电源模块性能的关键指标之一，也会对电子设备的正常运行造成显著影响。因此，一款优质的DC-DC电源模块必须将输出纹波控制在合理范围内。ZLG致远电子基于近二十年的电源设计经验积累，自主研发设计自主电源IC，打造全工况优选型DC-DC电源，满足所有工况需求，为用户提供稳定、优质的供电解决方案。P系列隔离基于自主研发的开关电源芯片ZLG1002，相较于传统设计，纹波噪声低至40mV，为用户打造高可靠性供电环境。还实现了低至5mA的静态电流，待机功耗仅为25mW，待机如休眠般静谧，可有效降低待机时能量损失。

图2P_FLS-1W电源（纹波典型值为50mVp-p）在实际工程应用中，ZLG致远电子的隔离DC-DC电源系列产品凭借其低纹波噪声特性以及稳定的输出性能，为整个系统提供了高可靠性的解决方案。这些产品采用了先进的电源设计技术，如优化的布局布线、高质量的元件选择和合适的拓扑结构，确保了在各种复杂工况下都能保持低纹波输出。下一期我们来探讨该如何改善噪声的影响。