在现代电子系统中,DC/DC转换器作为高效、灵活的电能调节核心部件,广泛应用于通信设备、工业控制、新能源及汽车电子等领域。
本文围绕DC/DC转换器测试系统中的电源噪声问题展开讨论,分析其主要成因及影响,介绍先进的噪声测试技术与评估方法,并探讨有效的噪声抑制方案,旨在为相关领域的研究与工程实践提供参考。

在DC/DC转换器的测试系统中,电源噪声的精确测量、分析与抑制是确保其性能达标的重要环节。噪声来源复杂,既可能源于转换器自身的开关动作、环路响应及寄生参数,也可能由测试环境中的外部干扰引入。
图1呈现了一个基础的直流电源转换模块测试平台。被测器件(DUT)是由直流电源供电的电压转换模块,其输出端接有负载电阻。采用示波器监测转换模块输出端的电压波动特性,同时通过数字电压表1直接读取输出电压值。对于输出电流的测量,则是通过检测电压表2所连接的分流电阻上的压降来实现。为确保实验安全,测试系统中的直流电源、示波器以及两个电压表的输入端均采用了接地处理,与系统地(GND)保持等电位连接。

此时系统可能出现的电源噪声可被分为两种类型:一种是在接地回路中产生的共模噪声,另一种是在正负线路中出现的差分(正常)模式噪声。共模噪声作用于接地(GND)线与负线上。当电源电缆插在插座上时,GND端子接地。

那么,差分模式噪声与共模噪声是如何进入系统的呢?进一步说,有什么办法可以减少这些噪声呢?下面将逐个展开分析。

共模噪声出现在通过GND触点(公共接地)传输的电源的正极与负极线路中。也就是说,共模噪声同时进行GND与负极线。相同量的共模噪声(电压)也同样出现在施加差分模式噪声(电压)与DC电压的正极线上。
当共模噪声进入DUT时,根据DUT的信号线与GND之间的杂散电容,共模噪声可能会转换为差分模式噪声,从而影响DUT的输出性能。如图4所示,如果有一个大的接地回路与导线回路,可能会由于噪声电流产生磁通。

此类噪声会被发射至空气中,影响邻近的设备(如测试设备)。为了减少此类噪声,需要缩小环路。可以按照下图5的方法B将DUT的GND进行接地来实现。

在上图4与上图5所示的两种情况下(方法A与方法B),都存在着接地电路,所以共模噪声与磁通是无法避免的。为了防止共模噪声的发生,可参考下图,在电源的接地与电源的负极端子之间加一个电容器或短导线。

但是,当将下图7与图6进行对比时,会发现两者虽然相似,但是图7在DUT输入的GND与负极端子之间添加了一个电容器与短导线。
虽然看起来没有大问题,但是噪声电流Iw1与Iw2增加,磁通量变得比图4与图5中的磁通量更强。这会导致电波干扰测量系统与其他邻近系统。另外,这也有助于产生差分模式的噪声(Vw1 Vw2)

在图7的情况下,如果噪声电流减少,磁通噪声也能减少,在图8中增加了一个共模扼流圈后,导线回路上的电缆阻抗将增加。相应的Iw1与Iw2可减少共模扼流圈,也可阻挡外部噪声(磁通量)。
因此,可将其添加在图6所示的系统示例中。图9则显示了共模扼流圈的阻抗(Z)与Iw之间的关系。如果Z增加则Iw就会减少。因此,磁通量也将减少。

对于如何控制电源噪声,以及发生测试系统中的噪声持续存在的现象,作为总结可以参考下面的图10,并可以尝试以下操作:
扭转正极与负极的电缆。
将电源的输出端连接至GND或用电容器连接。
避免接地回路
*注:将共模扼流圈应用于电源输出也是有效的。
