開關(guān)穩(wěn)壓器因高效、小型化優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、工業(yè)控制、汽車電子等領(lǐng)域，但開關(guān)管的高頻通斷會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰、電流紋波等噪聲，嚴(yán)重影響敏感電路的穩(wěn)定性。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)作為穩(wěn)壓器的核心框架，其設(shè)計(jì)合理性直接決定噪聲水平。本文從噪聲產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，詳解拓?fù)鋬?yōu)化、輔助設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐中的降噪技巧，為設(shè)計(jì)人員提供系統(tǒng)性解決方案。

一、開關(guān)穩(wěn)壓器噪聲的核心來源

開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲主要分為傳導(dǎo)噪聲和輻射噪聲，根源集中在拓?fù)涔ぷ魈匦裕阂皇情_關(guān)管快速導(dǎo)通 / 關(guān)斷時(shí)，寄生電感與電容形成的 LC 振蕩，產(chǎn)生 dv/dt 和 di/dt 尖峰;二是電感電流連續(xù)模式(CCM)與斷續(xù)模式(DCM)切換時(shí)的電流突變;三是拓?fù)涔逃腥毕?，?Buck 轉(zhuǎn)換器的續(xù)流二極管反向恢復(fù)噪聲、Boost 轉(zhuǎn)換器的輸入電流脈動(dòng)。這些噪聲通過電源路徑傳導(dǎo)至負(fù)載，或通過空間輻射干擾周邊電路，需從拓?fù)鋵用驷槍?duì)性抑制。

二、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化：從根源降低噪聲

拓?fù)鋬?yōu)化是降噪的核心手段，需結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適拓?fù)?，并通過參數(shù)調(diào)整減少噪聲產(chǎn)生。

1. 拓?fù)溥x型的噪聲適配原則

不同拓?fù)涞脑肼曁匦圆町愶@著：Buck 轉(zhuǎn)換器輸出紋波小，適合低噪聲模擬電路供電，但續(xù)流二極管的反向恢復(fù)會(huì)引入尖峰;Boost 轉(zhuǎn)換器輸入電流斷續(xù)，噪聲較大，需在輸入端增加大電容濾波;Buck-Boost 轉(zhuǎn)換器因能量轉(zhuǎn)換路徑復(fù)雜，噪聲水平最高，僅適用于寬輸入電壓場(chǎng)景。對(duì)于噪聲敏感場(chǎng)景，優(yōu)先選擇同步整流 Buck 拓?fù)?，?MOS 管替代二極管，消除反向恢復(fù)噪聲，同時(shí)降低導(dǎo)通損耗。

2. 關(guān)鍵參數(shù)的降噪優(yōu)化

電感與電容的參數(shù)設(shè)計(jì)直接影響拓?fù)湓肼暎弘姼兄翟酱?，電流紋波越小，但響應(yīng)速度變慢，需在紋波抑制與動(dòng)態(tài)性能間平衡，一般按 “紋波電流為額定電流的 20%-40%” 選擇電感;輸出電容優(yōu)先選用低 ESR(等效串聯(lián)電阻)的陶瓷電容或聚合物電容，并聯(lián)多個(gè)電容可降低不同頻段的紋波，例如 10μF 聚合物電容搭配 0.1μF 陶瓷電容，可同時(shí)抑制中低頻和高頻噪聲。

3. 拓?fù)溲苌Y(jié)構(gòu)的降噪應(yīng)用

為進(jìn)一步降低噪聲，可采用改進(jìn)型拓?fù)洌阂皇嵌嘞嘟诲e(cuò)拓?fù)?，通過將多個(gè) Buck/Boost 單元相位錯(cuò)開(如兩相交錯(cuò)相差 180°)，輸入輸出電流紋波相互抵消，紋波幅度可降低 50% 以上，適用于大電流場(chǎng)景;二是軟開關(guān)拓?fù)?如 LLC 諧振拓?fù)?，通過諧振使開關(guān)管在零電壓或零電流狀態(tài)下導(dǎo)通 / 關(guān)斷，大幅降低 dv/dt 和 di/dt 尖峰，傳導(dǎo)噪聲可降低 20-30dBμV;三是線性穩(wěn)壓 + 開關(guān)穩(wěn)壓組合拓?fù)?，利用開關(guān)穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)高效降壓，再通過線性穩(wěn)壓器(LDO)抑制殘留紋波，輸出噪聲可低至 μV 級(jí)，適合高精度模擬電路。

三、輔助設(shè)計(jì)：拓?fù)浣翟氲膹?qiáng)化手段

僅靠拓?fù)鋬?yōu)化難以完全消除噪聲，需配合布局、屏蔽、濾波等輔助設(shè)計(jì)，形成完整的降噪體系。

1. PCB 布局的噪聲抑制技巧

布局不合理會(huì)導(dǎo)致噪聲耦合加劇，核心原則是 “縮短高頻路徑、減少寄生參數(shù)”：開關(guān)管、電感、輸出電容應(yīng)緊密布局，形成最小電流回路，降低寄生電感;輸入電容靠近開關(guān)管電源引腳，避免輸入線過長產(chǎn)生的電流脈動(dòng);功率地與信號(hào)地分開設(shè)計(jì)，最后單點(diǎn)連接，防止功率回路的噪聲干擾信號(hào)回路;敏感元件(如反饋電阻、采樣電路)遠(yuǎn)離開關(guān)管和電感，減少輻射耦合。

2. 濾波與屏蔽設(shè)計(jì)

在拓?fù)渫獠吭黾訛V波網(wǎng)絡(luò)，可進(jìn)一步抑制傳導(dǎo)噪聲：輸入端串聯(lián)共模電感 + 并聯(lián) X/Y 電容，構(gòu)成 EMI 濾波器，抑制差模和共模噪聲;輸出端串聯(lián)小值電感(如 1μH)+ 并聯(lián)高頻電容，形成 LC 濾波，衰減高頻紋波。對(duì)于輻射噪聲嚴(yán)重的場(chǎng)景，可將開關(guān)穩(wěn)壓器模塊封裝在金屬屏蔽盒內(nèi)，屏蔽盒接地，阻斷輻射傳播路徑。

3. 控制策略的降噪優(yōu)化

控制芯片的工作模式也會(huì)影響拓?fù)湓肼暎翰捎妹}沖頻率調(diào)制(PFM)模式時(shí)，輕載下開關(guān)頻率降低，噪聲集中在低頻段，易產(chǎn)生音頻噪聲，可切換至脈沖寬度調(diào)制(PWM)模式，保持固定高頻(如 200kHz-1MHz)，使噪聲遠(yuǎn)離敏感頻段;部分高端控制芯片支持頻率同步功能，可將開關(guān)頻率同步至外部時(shí)鐘，避免頻率漂移導(dǎo)致的噪聲擴(kuò)散。

四、工程實(shí)踐中的降噪驗(yàn)證與調(diào)試

設(shè)計(jì)完成后，需通過測(cè)試驗(yàn)證降噪效果，并針對(duì)性調(diào)試：采用示波器 + 電流探頭測(cè)量輸出紋波電壓和電流，確保峰峰值低于設(shè)計(jì)閾值(如模擬電路供電要求紋波 < 50mV);使用頻譜分析儀檢測(cè)傳導(dǎo)噪聲，需滿足 EN55032 等 EMC 標(biāo)準(zhǔn);若噪聲超標(biāo)，可通過調(diào)整電感電容參數(shù)、優(yōu)化布局、增加濾波元件等方式調(diào)試。例如，若輸出高頻紋波過大，可增加 0.01μF 陶瓷電容;若存在共模噪聲，可增大共模電感的匝數(shù)或更換高磁導(dǎo)率磁芯。

結(jié)語

開關(guān)穩(wěn)壓器的拓?fù)浣翟胧且豁?xiàng)系統(tǒng)性工程，需從拓?fù)溥x型、參數(shù)優(yōu)化、輔助設(shè)計(jì)到測(cè)試調(diào)試全流程把控。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)景的噪聲要求、效率需求和成本預(yù)算，靈活選擇基礎(chǔ)拓?fù)浠蚋倪M(jìn)型拓?fù)洌浜虾侠淼牟季?、濾波和控制策略，實(shí)現(xiàn)噪聲與性能的平衡。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，軟開關(guān)拓?fù)洹⒍嘞嘟诲e(cuò)拓?fù)涞鹊?a href="/tags/噪聲" target="_blank">噪聲方案將得到更廣泛應(yīng)用，為高精度、高可靠性電子設(shè)備提供穩(wěn)定的供電保障。