在現(xiàn)代電子設備的蓬勃發(fā)展進程中，DCDC 開關電源憑借其效率高、體積小、成本低等顯著優(yōu)勢，在通信、計算機、消費電子以及工業(yè)控制等眾多領域獲得了極為廣泛的應用。然而，隨著電子設備朝著高頻化、集成化和小型化的方向不斷邁進，DCDC 開關電源所產(chǎn)生的噪聲問題也日益凸顯，逐漸成為制約其進一步發(fā)展和應用的關鍵因素之一。尤其是輸入前端噪聲，不僅會對電源本身的性能產(chǎn)生不良影響，還可能通過傳導或輻射的方式干擾周邊的電子設備，甚至引發(fā)系統(tǒng)故障。因此，深入研究 DCDC 開關電源輸入前端噪聲的產(chǎn)生機理、傳播路徑以及有效的抑制方法，對于提高電源的可靠性和電磁兼容性具有重要的理論意義和工程應用價值。

二、DCDC 開關電源輸入前端噪聲概述

(一)噪聲的定義與分類

在 DCDC 開關電源中，輸入前端噪聲是指在電源輸入端出現(xiàn)的、非期望的電磁干擾信號。這些噪聲信號的頻率范圍十分廣泛，從低頻到高頻均有分布，并且具有復雜的波形特征。根據(jù)噪聲的產(chǎn)生機理，可以將其大致分為傳導噪聲和輻射噪聲兩大類。

傳導噪聲主要是通過電源線、地線等導體進行傳播的。它通常是由于開關管的高頻開關動作，導致電路中產(chǎn)生快速變化的電流和電壓，這些變化的電流和電壓通過導體形成傳導路徑，從而在輸入前端產(chǎn)生噪聲。傳導噪聲的頻率范圍一般較低，通常在幾十千赫茲到幾兆赫茲之間。

輻射噪聲則是由于電路中的高頻電流和電壓產(chǎn)生的電磁場，通過空間輻射的方式傳播到周圍環(huán)境中。輻射噪聲的頻率范圍相對較高，一般在幾兆赫茲到幾百兆赫茲甚至更高。輻射噪聲不僅會對周邊的電子設備造成干擾，還可能對人體健康產(chǎn)生潛在的危害。

(二)輸入前端噪聲的特點

DCDC 開關電源輸入前端噪聲具有以下幾個顯著特點：

寬頻帶特性：由于開關管的開關速度不斷提高，使得噪聲的頻率范圍越來越寬，涵蓋了從低頻到超高頻的多個頻段。

周期性脈沖特性：開關管的開關動作是周期性的，因此輸入前端噪聲也呈現(xiàn)出周期性的脈沖特性，其脈沖寬度和重復頻率與開關管的開關頻率密切相關。

非線性特性：電路中的元件如開關管、二極管等具有非線性特性，這使得噪聲信號具有非線性特征，增加了噪聲分析和抑制的難度。

與電源拓撲結(jié)構(gòu)相關：不同的 DCDC 開關電源拓撲結(jié)構(gòu)，如 Buck、Boost、Buck - Boost 等，其輸入前端噪聲的特性也有所不同。這是由于不同拓撲結(jié)構(gòu)的電路在開關過程中電流和電壓的變化規(guī)律不同所導致的。

三、DCDC 開關電源輸入前端噪聲的產(chǎn)生來源與傳播路徑

(一)噪聲產(chǎn)生來源

開關管的開關動作

開關管(如 MOSFET、IGBT 等)是 DCDC 開關電源中產(chǎn)生噪聲的主要源頭之一。當開關管導通和關斷時，其漏極電流和源極電壓會發(fā)生快速變化，從而在電路中產(chǎn)生高頻的 di/dt 和 dv/dt。這些快速變化的電流和電壓會激發(fā)電路中的寄生電感和寄生電容，產(chǎn)生振蕩和輻射，形成噪聲。

以 MOSFET 為例，在導通瞬間，漏極電流會從幾乎為零迅速上升到負載電流值，這個過程中的 di/dt 非常大，會在 MOSFET 的寄生電感(如封裝電感、線路電感等)上產(chǎn)生較大的電壓降，從而形成噪聲電壓。在關斷瞬間，漏極電壓會從導通時的低電壓迅速上升到輸入電壓值，dv/dt 同樣很大，會導致 MOSFET 的寄生電容(如柵源電容、漏源電容等)進行充放電，產(chǎn)生高頻電流，進而形成噪聲。

二極管的反向恢復特性

在 DCDC 開關電源中，二極管通常用于整流或續(xù)流。當二極管從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)換為截止狀態(tài)時，會存在反向恢復過程。在反向恢復期間，二極管會有一個較大的反向恢復電流，該電流的變化率(di/dt)很大，會在電路中產(chǎn)生高頻噪聲。

反向恢復電流的大小和持續(xù)時間取決于二極管的類型和參數(shù)。例如，普通硅二極管的反向恢復時間較長，反向恢復電流較大，因此產(chǎn)生的噪聲也相對較大;而肖特基二極管的反向恢復時間很短，幾乎可以忽略不計，因此產(chǎn)生的噪聲較小。

電感和電容的寄生參數(shù)

電感和電容是 DCDC 開關電源中的關鍵儲能元件，但它們同時也存在寄生參數(shù)，如電感的直流電阻、寄生電容，電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)、等效串聯(lián)電感(ESL)等。這些寄生參數(shù)會在開關過程中引起能量的損耗和噪聲的產(chǎn)生。

對于電感來說，其寄生電容會在高頻下形成諧振回路，導致電感的阻抗特性發(fā)生變化，從而影響電路的濾波效果。同時，電感的磁芯在高頻下會產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，這些損耗也會轉(zhuǎn)化為噪聲能量。

對于電容來說，其等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)會在電流通過時產(chǎn)生電壓降和電感壓降，從而形成噪聲。特別是在高頻情況下，電容的 ESL 效應更加明顯，會導致電容的濾波效果下降，甚至失去濾波作用。

輸入電源的波動與干擾

輸入電源本身的波動和干擾也會耦合到 DCDC 開關電源的輸入前端，形成噪聲。例如，電網(wǎng)中的諧波、雷擊浪涌、開關瞬變等干擾信號，以及輸入電源的電壓波動、頻率漂移等，都可能通過輸入線傳導到電源內(nèi)部，影響電源的正常工作。

(DCDC 開關電源輸入前端噪聲是一個復雜的電磁干擾問題，其產(chǎn)生來源多樣，傳播路徑復雜，對電源本身的性能和周邊電子設備的正常工作都有著嚴重的影響。通過對噪聲產(chǎn)生機理、傳播路徑和影響的深入分析，我們可以采取元件選型與布局優(yōu)化、濾波電路設計、屏蔽與接地技術(shù)以及軟開關技術(shù)等多種措施來抑制輸入前端噪聲，提高電源的可靠性和電磁兼容性。

在實際設計中，應根據(jù)具體的應用場景和技術(shù)要求，綜合運用多種噪聲抑制方法，進行合理的電路設計和 PCB 布局，以達到最佳的噪聲抑制效果。同時，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新型的噪聲抑制技術(shù)和元件也在不斷涌現(xiàn)，我們需要持續(xù)關注行業(yè)動態(tài)，不斷探索和創(chuàng)新，以解決 DCDC 開關電源噪聲問題，推動電源技術(shù)的進一步發(fā)展。