電源模塊在現(xiàn)代生活中無(wú)處不在，幾乎所有的現(xiàn)代化電子產(chǎn)品都離不開(kāi)它，而紋波噪聲也隨之而來(lái)。本期我們先聚焦于紋波這一問(wèn)題。

?紋波

由于電路中濾波電路設(shè)計(jì)不盡合理，直流電平之上就會(huì)附著包含周期且隨機(jī)的雜波，這就產(chǎn)生了紋波。1. 紋波的成因

• 開(kāi)關(guān)頻率：DC-DC電源模塊通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)元件（如MOSFET）來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換，開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，這些噪聲會(huì)以紋波的形式出現(xiàn)在輸出電壓上。開(kāi)關(guān)頻率越高，紋波的頻率也越高，但其幅度可能會(huì)因?yàn)V波電路的設(shè)計(jì)而有所降低。
• 電感和電容的特性：電感和電容是電源模塊中的關(guān)鍵元件，它們的性能直接影響紋波的大小。電感的直流電阻（DCR）和電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）都會(huì)對(duì)紋波產(chǎn)生影響。電感的DCR越小，電容的ESR越低，紋波的幅度通常越小。
• 布局布線：電源模塊與主電源電路中的敏感元件間距過(guò)近，或者布線不合理，都會(huì)導(dǎo)致紋波的增加。不合理的布局布線可能會(huì)引入額外的噪聲，進(jìn)一步加劇紋波問(wèn)題。

圖1 紋波

2. 紋波的影響

• 信號(hào)干擾：紋波會(huì)干擾電子設(shè)備中的信號(hào)傳輸，導(dǎo)致信號(hào)失真，影響設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。例如，在通信設(shè)備中，紋波可能會(huì)干擾信號(hào)的傳輸，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。
• 動(dòng)態(tài)響應(yīng)：過(guò)大的紋波會(huì)影響電源模塊的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，導(dǎo)致設(shè)備在負(fù)載變化時(shí)無(wú)法快速穩(wěn)定輸出電壓。這可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備在啟動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)出現(xiàn)瞬間電壓波動(dòng)，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。
• 設(shè)備壽命：長(zhǎng)期的紋波干擾會(huì)加速電子元件的老化，縮短設(shè)備的使用壽命。紋波可能會(huì)導(dǎo)致元件的熱應(yīng)力增加，從而加速其老化過(guò)程。

3. 降低紋波的策略當(dāng)負(fù)載端出現(xiàn)電源紋波時(shí)，可以采取以下幾種策略進(jìn)行降低：3.1 優(yōu)化布局布線

• 元件間距：確保電源模塊與主電源電路中的敏感元件保持足夠的間距，避免電磁干擾。
• 布線設(shè)計(jì)：合理設(shè)計(jì)電源線和地線，減少線路阻抗，降低紋波的傳播。例如，采用星形接地方式可以有效減少地線噪聲。

3.2 增大電感量

• 在滿足輸出電流需求的前提下，適當(dāng)增大電感量可以有效降低輸出紋波。然而，電感量的增加也會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)響應(yīng)變差，因此需要在紋波和動(dòng)態(tài)響應(yīng)之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。
• 選擇低直流電阻（DCR）的電感，可以進(jìn)一步減少紋波的產(chǎn)生。

3.3 優(yōu)化電容選擇

• 選擇低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容，如陶瓷電容或固態(tài)電容，可以有效減少紋波。電容的容量和數(shù)量也需要根據(jù)具體需求進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到最佳的濾波效果。

3.4 選擇高質(zhì)量的電源元件

• 在電源設(shè)計(jì)階段，選用高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)元件、電感、電容等元件，可以顯著降低紋波的產(chǎn)生。例如，采用高頻開(kāi)關(guān)元件可以減少開(kāi)關(guān)噪聲，從而降低紋波。

3.5 采用合適的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

• 不同的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)紋波的抑制能力不同。例如，同步整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以有效減少開(kāi)關(guān)噪聲，從而降低紋波。

?P系列全工況優(yōu)選定壓電源

紋波是衡量DC-DC電源模塊性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，也會(huì)對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)行造成顯著影響。因此，一款優(yōu)質(zhì)的DC-DC電源模塊必須將輸出紋波控制在合理范圍內(nèi)。ZLG致遠(yuǎn)電子基于近二十年的電源設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)積累，自主研發(fā)設(shè)計(jì)自主電源IC，打造全工況優(yōu)選型DC-DC電源，滿足所有工況需求，為用戶提供穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的供電解決方案。P系列隔離基于自主研發(fā)的開(kāi)關(guān)電源芯片ZLG1002，相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，紋波噪聲低至40mV，為用戶打造高可靠性供電環(huán)境。還實(shí)現(xiàn)了低至5mA的靜態(tài)電流，待機(jī)功耗僅為25mW，待機(jī)如休眠般靜謐，可有效降低待機(jī)時(shí)能量損失。

圖2P_FLS-1W電源（紋波典型值為50mVp-p）在實(shí)際工程應(yīng)用中，ZLG致遠(yuǎn)電子的隔離DC-DC電源系列產(chǎn)品憑借其低紋波噪聲特性以及穩(wěn)定的輸出性能，為整個(gè)系統(tǒng)提供了高可靠性的解決方案。這些產(chǎn)品采用了先進(jìn)的電源設(shè)計(jì)技術(shù)，如優(yōu)化的布局布線、高質(zhì)量的元件選擇和合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，確保了在各種復(fù)雜工況下都能保持低紋波輸出。下一期我們來(lái)探討該如何改善噪聲的影響。