开关噪声

上一篇文章介绍了“去耦电容的有效使用方法”的要点1“使用多个去耦电容”。本文将介绍“要点2”。 要点1：使用多个去耦电容 要点2：降低电容的ESL（等效串联电感） 其他注意事项 要点2：降低电容的ESL 去耦电容的有效使用方法的第二个要点是降低电容的ESL（即等效串联电感）。虽说是“降低ESL”，但由于无法改变单个产品的ESL本身，因此这里是指“即使容值相同，也要使用ESL小的电容”。通过降低ESL，可改善高频特性，并可更有效地降低高频噪声。

上上篇文章和上一篇文章介绍了电容的频率特性和利用其特性降低噪声的内容。从本文起将用3篇的篇幅来介绍去耦电容的有效使用方法。 去耦电容的有效使用方法 去耦电容有效使用方法的要点大致可以分为以下两种。另外，还有其他几点需要注意。本文就以下三点中的“要点1”进行介绍。

上一篇文章中，介绍了电容器的频率特性。本文将介绍采用电容器来降低噪声时的概要和示意图。 使用电容器降低噪声 噪声分很多种，性质也是多种多样的。所以，噪声对策（即降低噪声的方法）也多种多样。在这里主要谈开关电源相关的噪声，因此，请理解为DC电压中电压电平较低、频率较高的噪声。另外，除电容外，还有齐纳二极管和噪声/浪涌/ESD抑制器等降噪部件。不同的噪声性质，所需要的降噪部件也各不相同。如果是DC/DC转换器，多数会根据其电路和电压电平，用LCR来降低噪声。 使用电容器降低噪声的示意图 下面是通过添加电容器来降低DC/DC转换器输出电压噪声的示例。

上一篇文章中，介绍了开关电源输入用共模滤波器中包括电容器、电感、铁氧体磁珠和电阻等部件。接下来将对其中使用电容和电感降噪的对策进行介绍，这也可以称为“噪声对策的基础”。在这里使用简单的四元件模型。如果要进一步表达高频谐振时，可能需要更多的元件模型。 电容的频率特性 探讨利用电容器来降低噪声时，充分了解电容器的特性是非常重要的。右下图为电容器的阻抗和频率之间的关系示意图，是电容器最基础的特性之一。 电容器中不仅存在电容量C，还存在电阻分量ESR（等效串联电阻）、电感分量ESL（等效串联电感）、与电容并联存在的EPR（等效并联电阻）。EPR与电极间的绝缘电阻IR或电极间有漏电流的具有相同的意义。

在上一篇文章中，作为噪声对策的基础知识，分共模噪声和差模噪声分别介绍了大致对策。本文中将概述开关电源的输入滤波器，后续将会分别详细介绍。 开关电源的输入滤波器 开关电源的输入滤波器是针对共模噪声和差模噪声，分别采用适合不同噪声特性的滤波器。 差模滤波器 共模滤波器采用电容器、电感、铁氧体磁珠和电阻等。图例中是使用了LC的π型滤波器。

上一篇文章中介绍了噪声对策的四个步骤。本文将对步骤4“增加滤波器等降噪部件”进行详细解说。 开关电源噪声对策的基础知识 此前对“差模（常模）噪声与共模噪声”和“串扰”的基本噪声进行了介绍。下图是这些噪声及其相应的基本对策。

从本文开始进入新篇章“噪声对策”。这里所说的“噪声对策”是指针对“开关电源”噪声的对策。不过基础部分和思路与一般噪声是相通的。新篇章的第1篇将介绍“噪声对策的步骤”。 噪声对策和产品开发阶段 在介绍噪声对策步骤之前，先来了解一下从产品的设计/开发到量产的过程中，应该在哪些阶段采取噪声对策。 右图是相对于设计/开发、评估、量产的时间轴，采取噪声对策的灵活性（即可以采取的对策的选项多少）以及对策所需成本的示意图。纵轴可以理解为越往上越“高”。 由图可见，随着开发进程的推进，可使用的噪声对策技术和手段越来越有限，对策成本也越来越高。开始量产后发现噪声问题，想采取对策，但无奈产品已成型，束手无策，最终只能变更PCB板．．.等等，这样的事情谁也不希望发生。

本文将探讨实际的开关电源产生的噪声。 开关电源产生的噪声 首先，使用同步整流型降压DC/DC转换器的等效电路来了解一下开关电流的路径。 SW1为高边开关，SW2为低边开关。SW1导通（SW2为OFF）时，电流路径是从输入电容器到SW1、再经由电感L到输出电容器。SW2导通（SW1为OFF）时，电流路径是从SW2经由L再到输出电容器。下图表示这些电流路径的差分，每当开关ON/OFF时，红色线路的电流都会急剧变化。该环路的电流变化非常剧烈，所以会因PCB板布线电感而在环路内会产生高频振铃。

继上一篇“差模（常模）噪声与共模噪声”之后，本文将对“串扰”进行介绍。 串扰 串扰是由于线路之间的耦合引发的信号和噪声等的传播，也称为“串音干扰”。特别是“串音”在模拟通讯时代是字如其意、一目了然的表达。两根线（也包括PCB的薄膜布线）独立的情况下，相互间应该不会有电气信号和噪声等的影响，但尤其是两根线平行的情况下，会因存在于线间的杂散（寄生）电容和互感而引发干扰。所以，串扰也可以理解为感应噪声。 线间耦合有杂散（寄生）电容引发的电容（静电）耦合和互感引发的电感（电磁）耦合。这些耦合现象会引发干扰。下图为每种耦合的示意图以及最简化的等效电路。

在本系列文章的第一篇“何谓EMC”中曾提到过电磁干扰EMI大致可分为“传导噪声”和“辐射噪声”两种。其中，传导噪声根据传导方式可分为“差模（常模）噪声”和“共模噪声”两种。本文将对这两种噪声进行介绍。 差模（常模）噪声与共模噪声 传导噪声可分为两种。一种是“差模噪声”，也称为“常模噪声”。这两种称呼有时可根据条件区分使用，不过在本文中作为相同的名词处理。另一种是“共模噪声”。来看下图。本文是围绕电源展开介绍的，因此图例是将带有电路的印刷电路板（PCB）装在壳体中，并由外部给电的示例图。