在電子設(shè)備向高頻化、高功率密度發(fā)展的趨勢下，開關(guān)穩(wěn)壓器的電磁干擾(EMI)問題成為制約系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵因素。開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲特性與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其核心差異源于功率傳輸路徑、開關(guān)動(dòng)作模式及寄生參數(shù)的耦合效應(yīng)。本文將系統(tǒng)分析 Buck、Boost、Buck-Boost 及反激式(Flyback)四種主流拓?fù)涞脑肼暽蓹C(jī)理、特性差異，并探討工程優(yōu)化策略。

一、開關(guān)穩(wěn)壓器噪聲的核心成因

開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲本質(zhì)是高頻開關(guān)動(dòng)作引發(fā)的電磁擾動(dòng)，主要源于兩大核心機(jī)制：一是功率半導(dǎo)體器件通斷時(shí)產(chǎn)生的電壓 / 電流突變(dv/dt、di/dt 效應(yīng))，二是電路寄生參數(shù)(寄生電感、電容)構(gòu)成的噪聲耦合路徑。當(dāng) MOSFET 開關(guān)邊沿時(shí)間壓縮至納秒級(jí)時(shí)，dv/dt 可達(dá) 2.4×10?V/s，di/dt 高達(dá) 5×10?A/s，這種瞬變信號(hào)會(huì)激發(fā) LC 振蕩，形成覆蓋數(shù)十 kHz 至數(shù)百 MHz 的寬頻噪聲。這些噪聲通過傳導(dǎo)(電源線)和輻射(空間耦合)兩種方式傳播，分別表現(xiàn)為差模噪聲和共模噪聲，其中差模噪聲由輸入電流紋波主導(dǎo)，共模噪聲則源于高 dv/dt 節(jié)點(diǎn)與地的寄生電容耦合。

二、主流拓?fù)涞脑肼曁匦詫?duì)比

(一)Buck 拓?fù)洌旱洼敵黾y波與輸入脈沖噪聲并存

Buck 拓?fù)渥鳛閼?yīng)用最廣泛的降壓結(jié)構(gòu)，由主開關(guān)管、續(xù)流元件、儲(chǔ)能電感和濾波電容組成，其噪聲特性呈現(xiàn)顯著的兩極分化。在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)下，輸出電感的續(xù)流作用使輸出電流連續(xù)性好，輸出紋波較小，典型峰峰值可控制在 mV 級(jí)。但輸入側(cè)電流呈矩形脈沖特性，僅在主開關(guān)導(dǎo)通期間汲取電流，其余時(shí)間依賴輸入電容供電，導(dǎo)致輸入電流紋波峰峰值接近負(fù)載電流，差模噪聲較為突出。共模噪聲則主要來自開關(guān)節(jié)點(diǎn)(SW 節(jié)點(diǎn))的高 dv/dt，該節(jié)點(diǎn)與地平面的寄生電容會(huì)產(chǎn)生位移電流，引發(fā)地彈干擾。Buck 拓?fù)涞膬?yōu)勢在于噪聲頻譜集中于開關(guān)頻率及其倍頻，通過輸入 EMI 濾波器即可有效抑制，適合對(duì)輸出紋波敏感的消費(fèi)電子和工業(yè)控制場景。

(二)Boost 拓?fù)洌狠斎腚娏鬟B續(xù)但輸出噪聲突出

Boost 拓?fù)渫ㄟ^電感儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)升壓，其核心噪聲特征與能量傳遞機(jī)制密切相關(guān)。由于開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電感持續(xù)儲(chǔ)能，輸入電流連續(xù)且紋波較小，差模噪聲顯著低于 Buck 拓?fù)洹５陂_關(guān)關(guān)斷瞬間，電感釋放的能量與輸入電壓疊加后施加于輸出端，導(dǎo)致輸出電壓應(yīng)力較大，dv/dt 效應(yīng)加劇，SW 節(jié)點(diǎn)的振蕩更為劇烈。此外，Boost 拓?fù)涞妮敵鲭娙菪璩惺芨哳l充放電脈沖，若電容 ESR 較大，易引發(fā)輸出紋波放大，尤其在輕載斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)下，噪聲會(huì)進(jìn)一步惡化。該拓?fù)涞脑肼曇怨材］椛錇橹?，SW 節(jié)點(diǎn)的大面積散熱焊盤相當(dāng)于偶極子天線，容易通過空間輻射干擾敏感電路，因此在車載電源和新能源系統(tǒng)中需強(qiáng)化屏蔽設(shè)計(jì)。

(三)Buck-Boost 拓?fù)洌簩捿斎脒m應(yīng)性與復(fù)雜噪聲特性

Buck-Boost 拓?fù)淇蓪?shí)現(xiàn)升降壓轉(zhuǎn)換，適用于輸入電壓波動(dòng)范圍寬的場景，但拓?fù)潇`活性也帶來了更復(fù)雜的噪聲問題。其核心挑戰(zhàn)在于模式切換過程：當(dāng)輸入電壓接近輸出電壓時(shí)，電路會(huì)在 Buck 與 Boost 模式間頻繁切換，導(dǎo)致電流路徑突變，di/dt 和 dv/dt 均出現(xiàn)瞬態(tài)峰值，引發(fā)強(qiáng)烈的噪聲沖擊。反相型 Buck-Boost 拓?fù)涞妮斎肱c輸出極性相反，增加了接地設(shè)計(jì)難度，地環(huán)路干擾更為嚴(yán)重;而四開關(guān)雙向結(jié)構(gòu)雖優(yōu)化了噪聲性能，但控制復(fù)雜度提升。該拓?fù)涞脑肼曨l譜呈現(xiàn)寬頻分布，既有 Buck 拓?fù)涞妮斎朊}沖噪聲，又有 Boost 拓?fù)涞妮敵稣袷幵肼?，需采用多?jí)濾波和嚴(yán)格的 PCB 分區(qū)設(shè)計(jì)。

(四)反激式拓?fù)洌焊綦x優(yōu)勢與漏感噪聲短板

反激式拓?fù)淅米儔浩鲗?shí)現(xiàn)輸入輸出隔離，結(jié)構(gòu)簡單且支持多路輸出，廣泛應(yīng)用于小功率適配器。其噪聲特性與變壓器寄生參數(shù)高度相關(guān)：開關(guān)導(dǎo)通時(shí)變壓器初級(jí)儲(chǔ)能，關(guān)斷時(shí)能量通過次級(jí)繞組傳遞至輸出，但變壓器漏感會(huì)在開關(guān)關(guān)斷瞬間產(chǎn)生電壓尖峰，加劇 dv/dt 效應(yīng)，形成強(qiáng)烈的傳導(dǎo)噪聲。此外，變壓器繞組間的分布電容會(huì)成為共模噪聲的耦合通道，導(dǎo)致輻射干擾突出。反激式拓?fù)涞妮敵黾y波較大，需配置大容量濾波電容，且噪聲頻譜包含變壓器諧振頻率成分，濾波設(shè)計(jì)難度高于非隔離拓?fù)?。但其隔離特性可阻斷地環(huán)路噪聲，在醫(yī)療電子等對(duì)電氣隔離要求嚴(yán)苛的場景中具有不可替代的優(yōu)勢。

三、噪聲抑制的工程優(yōu)化策略

針對(duì)不同拓?fù)涞脑肼曁匦裕璨扇〔町惢膬?yōu)化方案。在拓?fù)溥x型階段，應(yīng)根據(jù)噪聲敏感程度匹配場景：對(duì)噪聲要求嚴(yán)苛的設(shè)備優(yōu)先選擇 Buck 拓?fù)?，寬輸入場景可選用同步整流 Buck-Boost，隔離需求則優(yōu)先反激式。元器件選型方面，應(yīng)選用低 Coss 的 MOSFET 以降低 dv/dt，采用低 ESR 的陶瓷電容抑制紋波，并通過優(yōu)化變壓器繞制工藝減小漏感。PCB 布局是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需最小化功率環(huán)路面積(理想小于 1cm2)，縮短 SW 節(jié)點(diǎn)走線，設(shè)置獨(dú)立接地平面減少地彈，并將功率電路與控制電路分區(qū)布局，阻斷噪聲耦合路徑。此外，軟開關(guān)技術(shù)(如 LLC 諧振)可降低開關(guān)損耗與瞬變應(yīng)力，有源鉗位電路能抑制電壓尖峰，結(jié)合多級(jí) EMI 濾波器，可實(shí)現(xiàn)噪聲的系統(tǒng)性抑制。

結(jié)語

開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲特性由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的本質(zhì)決定，Buck 拓?fù)淦胶饬说图y波與易抑制性，Boost 拓?fù)漭斎朐肼暤偷敵鲚椛滹@著，Buck-Boost 拓?fù)潇`活但噪聲復(fù)雜，反激式拓?fù)渚邆涓綦x優(yōu)勢但受漏感影響。在工程設(shè)計(jì)中，需深入理解不同拓?fù)涞脑肼暽蓹C(jī)理，通過拓?fù)溥x型、元器件優(yōu)化、PCB 布局和濾波設(shè)計(jì)的協(xié)同配合，在保證效率與成本的前提下，實(shí)現(xiàn)噪聲合規(guī)。隨著寬禁帶半導(dǎo)體器件的普及，高頻化帶來的噪聲挑戰(zhàn)將進(jìn)一步凸顯，未來需通過拓?fù)鋭?chuàng)新與數(shù)字化控制技術(shù)，推動(dòng)開關(guān)穩(wěn)壓器向低噪聲、高效率方向發(fā)展。