如何测量开关电源(SMPS)中的噪声?

开关电源(SMPS)凭借高效、小型化的优势，广泛应用于电子设备中。但开关电源在工作时，因高频开关动作、元器件特性等因素，容易产生噪声。这些噪声不仅会影响自身性能，还可能干扰周边电子设备，因此准确测量开关电源中的噪声至关重要。下面将详细介绍测量开关电源噪声的相关知识和具体方法。

噪声的分类

在测量开关电源噪声前，需先明确噪声的类型，不同类型的噪声特性不同，测量方法也有差异。开关电源中的噪声主要分为传导噪声和辐射噪声。

传导噪声是通过电源的输入线或输出线传播的噪声，又可分为共模噪声和差模噪声。共模噪声是指两条电源线与地之间的噪声，其特点是在两条线上对地呈现相同的噪声信号;差模噪声则是两条电源线之间的噪声，信号在两条线上呈现相反的极性。

辐射噪声是通过空间以电磁波形式传播的噪声，由开关电源内部的高频开关电路、变压器、电感等元器件产生。这类噪声的传播不受导线限制，测量难度相对较大。

测量前的准备

仪器设备准备

测量开关电源噪声需要用到相应的仪器设备，常用的有示波器、频谱分析仪、电流探头、电压探头、LISN(线路阻抗稳定网络)等。

示波器用于观察噪声的时域波形，能直观显示噪声的幅度、频率等信息;频谱分析仪可对噪声进行频域分析，确定噪声的频率成分和强度;电流探头和电压探头用于采集噪声信号;LISN 则用于稳定电源阻抗，为传导噪声测量提供标准的测试环境，保证测量结果的准确性和重复性。

测试环境准备

为确保测量结果的可靠性，需营造合适的测试环境。测试场地应远离强电磁干扰源，如大功率电机、高频设备等。同时，测试台面最好采用金属材质，以减少外界电磁辐射的影响。此外，测量时需保证仪器设备接地良好，避免接地不良引入额外噪声。

被测样品准备

在测量前，要对开关电源进行正确的连接和设置。按照开关电源的额定参数接入输入电压，连接好负载，确保开关电源工作在正常状态。同时，检查连接线是否牢固，避免因接触不良影响测量结果。

具体测量方法

传导噪声测量

传导噪声的测量需借助 LISN，将 LISN 串联在开关电源的输入线与电网之间。LISN 能为噪声提供一个稳定的阻抗，同时将电网的干扰与被测噪声隔离。

测量共模噪声时，将电压探头分别连接到 LISN 的共模测试点，通过示波器或频谱分析仪读取噪声信号。测量差模噪声时，把电压探头连接到 LISN 的差模测试点进行测量。在测量过程中，要注意探头的连接方式，避免引入干扰。

辐射噪声测量

辐射噪声的测量相对复杂，通常有两种方法：天线法和近场探头法。

天线法是利用天线接收空间中的辐射噪声，通过频谱分析仪分析噪声的频率和强度。测量时，将天线放置在距离开关电源一定距离的位置，按照相关标准调整天线的高度和方向，以获取准确的测量结果。这种方法适用于测量较远距离的辐射噪声。

近场探头法用于测量开关电源附近的辐射噪声，近场探头可分为电场探头和磁场探头。将探头靠近开关电源的元器件，如变压器、电感、开关管等，通过示波器或频谱分析仪观察噪声信号。该方法能准确找到噪声源的位置，便于后续的噪声抑制。

测量数据的分析与判断

测量完成后，需要对获取的数据进行分析。将测量得到的噪声幅度、频率等参数与相关标准进行对比，判断开关电源的噪声是否符合要求。

在时域分析中，通过示波器观察噪声波形，若噪声幅度超过规定值，说明开关电源存在噪声超标问题。在频域分析中，频谱分析仪可显示噪声在不同频率下的强度，能清晰发现噪声的主要频率成分，为噪声抑制提供方向。

降低噪声的建议

如果测量发现开关电源噪声超标，可采取相应的措施降低噪声。对于传导噪声，可在输入输出端增加滤波器，如共模电感、差模电感、电容等，抑制噪声的传导。对于辐射噪声，可对开关电源内部的元器件进行屏蔽，如给变压器、电感增加屏蔽罩，减少电磁辐射。同时，优化开关电源的布局和布线，缩短高频导线的长度，减少回路面积，也能有效降低噪声。

总之，准确测量开关电源中的噪声是保证电子设备正常工作的重要环节。通过了解噪声类型、做好测量前准备、采用正确的测量方法和数据分折方式，能有效掌握开关电源的噪声情况，并采取针对性措施降低噪声，提高开关电源的性能和可靠性。在实际测量过程中，还需严格遵循相关标准和规范，确保测量结果的准确性和有效性。