开关噪声

<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018487.html">上一篇</a>文章介绍了“去耦电容的有效使用方法”的要点1“使用多个去耦电容”。本文将介绍“要点2”。

<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018487.html">要点1：使用多个去耦电容</a>
要点2：降低电容的ESL（等效串联电感）
其他注意事项

<strong>要点2：降低电容的ESL</strong>

<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018414.html">上上篇</a>文章和<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018453.html">上一篇</a>文章介绍了电容的频…。从本文起将用3篇的篇幅来介绍去耦电容的有效使用方法。

<strong>去耦电容的有效使用方法</strong>

去耦电容有效使用方法的要点大致可以分为以下两种。另外，还有其他几点需要注意。本文就以下三点中的“要点1”进行介绍。

<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018414.html">上一篇</a>文章中，介绍了电容器的频率特性。本文将介绍采用电容器来降低噪声时的概要和示意图。

<strong>使用电容器降低噪声</strong>

噪声分很多种，性质也是多种多样的。所以，噪声对策（即降低噪声的方法）也多种多样。在这里主要谈开关电源相关的噪声，因此，请理解为DC电压中电压电平较低、频率较高的噪声。另外，除电容外，还有齐纳二极管和噪声/浪涌/ESD抑制器等降噪部件。不同的噪声性质，所需要的降噪部件也各不相同。如果是DC/DC转换器，多数会根据其电路和电压电平，用LCR来降低噪声。

<strong>使用电容器降低噪声的示意图</strong>

下面是通过添加电容器来降低DC/DC转换器输出电压噪声的示例。

<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018350.html">上一篇</a>文章中，介绍了开关电源输入用共模滤波器中包括电容器、电感、铁氧体磁珠和电阻等部件。接下来将对其中使用电容和电感降噪的对策进行介绍，这也可以称为“噪声对策的基础”。在这里使用简单的四元件模型。如果要进一步表达高频谐振时，可能需要更多的元件模型。

<strong>电容的频率特性</strong>

探讨利用电容器来降低噪声时，充分了解电容器的特性是非常重要的。右下图为电容器的阻抗和频率之间的关系示意图，是电容器最基础的特性之一。

电容器中不仅存在电容量C，还存在电阻分量ESR（等效串联电阻）、电感分量ESL（等效串联电感）、与电容并联存在的EPR（等效并联电阻）。EPR与电极间的绝缘电阻IR或电极间有漏电流的具有相同的意义。可能一般多使用“IR”。

在<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018334.html">上一篇</a>文章中，作为噪声对策的基础知识，分共模噪声和差模噪声分别介绍了大致对策。本文中将概述开关电源的输入滤波器，后续将会分别详细介绍。

<strong>开关电源的输入滤波器</strong>

开关电源的输入滤波器是针对共模噪声和差模噪声，分别采用适合不同噪声特性的滤波器。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018350-63255-lb.g…; alt=“” ></center>

<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018287.html">上一篇文章</a>中介绍了噪声对…。本文将对步骤4“增加滤波器等降噪部件”进行详细解说。

开关电源噪声对策的基础知识

从本文开始进入新篇章“噪声对策”。这里所说的“噪声对策”是指针对“开关电源”噪声的对策。不过基础部分和思路与一般噪声是相通的。新篇章的第1篇将介绍“噪声对策的步骤”。

<strong>噪声对策和产品开发阶段</strong>

在介绍噪声对策步骤之前，先来了解一下从产品的设计/开发到量产的过程中，应该在哪些阶段采取噪声对策。

右图是相对于设计/开发、评估、量产的时间轴，采取噪声对策的灵活性（即可以采取的对策的选项多少）以及对策所需成本的示意图。纵轴可以理解为越往上越“高”。

由图可见，随着开发进程的推进，可使用的噪声对策技术和手段越来越有限，对策成本也越来越高。开始量产后发现噪声问题，想采取对策，但无奈产品已成型，束手无策，最终只能变更PCB板．．.等等，这样的事情谁也不希望发生。

本文将探讨实际的开关电源产生的噪声。

<strong>开关电源产生的噪声</strong>

首先，使用同步整流型降压DC/DC转换器的等效电路来了解一下开关电流的路径。

<center><img src="http://mouser.eetrend.com/files/2019-03/wen_zhang_/100018253-62876-z1.g…; alt=“” width="600"></center>

SW1为高边开关，SW2为低边开关。SW1导通（SW2为OFF）时，电流路径是从输入电容器到SW1、再经由电感L到输出电容器。SW2导通（SW1为OFF）时，电流路径是从SW2经由L再到输出电容器。下图表示这些电流路径的差分，每当开关ON/OFF时，红色线路的电流都会急剧变化。该环路的电流变化非常剧烈，所以会因PCB板布线电感而在环路内会产生高频振铃。

继上一篇“<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018182.html">差模（常模）噪声与共模噪声</a>”之后，本文将对“串扰”进行介绍。

<strong>串扰</strong>

串扰是由于线路之间的耦合引发的信号和噪声等的传播，也称为“串音干扰”。特别是“串音”在模拟通讯时代是字如其意、一目了然的表达。两根线（也包括PCB的薄膜布线）独立的情况下，相互间应该不会有电气信号和噪声等的影响，但尤其是两根线平行的情况下，会因存在于线间的杂散（寄生）电容和互感而引发干扰。所以，串扰也可以理解为感应噪声。

线间耦合有杂散（寄生）电容引发的电容（静电）耦合和互感引发的电感（电磁）耦合。这些耦合现象会引发干扰。下图为每种耦合的示意图以及最简化的等效电路。

在本系列文章的第一篇“<a href="http://mouser.eetrend.com/content/2019/100018130.html">何谓EMC</a&gt;”中曾提到过电磁干扰EMI大致可分为“传导噪声”和“辐射噪声”两种。其中，传导噪声根据传导方式可分为“差模（常模）噪声”和“共模噪声”两种。本文将对这两种噪声进行介绍。

<strong>差模（常模）噪声与共模噪声</strong>

传导噪声可分为两种。一种是“差模噪声”，也称为“常模噪声”。这两种称呼有时可根据条件区分使用，不过在本文中作为相同的名词处理。另一种是“共模噪声”。来看下图。本文是围绕电源展开介绍的，因此图例是将带有电路的印刷电路板（PCB）装在壳体中，并由外部给电的示例图。