越来越多的智能控制器用在了汽车上，尤其是新能源汽车，其功能越来越多，功率越来越大。以往控制器普遍采用的模拟电源存在效率低、体检大的缺点，而DC/DC具有电路简单、体积小、效率高、重量轻、使用方便、价格低的特点，在直流电源电路中获得了越来越多的应用。但是其也是臭名昭著的噪声源，由于其工作频率很高（20 kHz以上），其内部剧烈的di/dt、du/dt变化产生了剧烈的噪声，是一个很大的干扰源。

DC/DC工作原理

DC/DC是利用半导体器件的快速开关来工作的，其检测输出电压，根据输出电压和参考电压的比较结果调节开关器件的开通与关断时间，其控制开通与关断时间的比例来控制稳定输出电压（其原理如图1所示）。

图1  DC/DC原理示意图

图1中VIN为输入电压，VOUT为输出电压，其为一个固定的负载LOAD供电。控制电路根据VOUT与参考电压的比值控制开关管S1与 S2的通断，如果开关频率为f ，则其周期T=1/f。Ton为一个周期内开关管Q1的开通时间。S1关闭时，L1放电，给电容C1充电， S2作为续流通路。
VOUT  =  VIN×Ton/ T

目前的非隔离DC/DC电源的工作原理都是相似的。由于S1的开关速度一般高于20 kHz，高的达到500 kHz，如此高的开关速度，无论是S1还是S2，都存在着急剧变化的电流，这是一个很大的噪声源。

电感寄生电容的影响

图2  电容的等效电路

我们所用的功率电感L1都是绕线电感，其有与生俱来的寄生电容，如图2所示。图2a为电感的原始等效电路图；图2b为将众多电容经过串并联后等效为单一电容的原等效电路图；图2c为加上电感的铜耗和铁耗后的等效电路图（如果是空心电感，则没有铁耗）。一般厂家在参数手册里会附上电感的直流电阻值。其阻值与电感线圈的材料、线径、长度有关。但是很少有公司给出寄生电容参数，但是往往会给出自激震荡频率，如果电感量相同，如果自激震荡频率越高，则寄生电容越小。

图3  DC/DC电感寄生参数的等效电路

图3为考虑电感寄生参数后的DC/DC等效电路，电容Cp为寄生电容。

因为回路中有功率电感L1，其流过电流不会突变，电容C1和Cp的电压不能突变。根据KVL（Kirchhoff's Vlotage Law），节点Vs的电位变化会耦合到寄生电感L2和L3上，这种瞬时的电压突变引起了地线的电压弹跳，导致了接地噪声。一开始，回路电流并没有改变，但是紧接着寄生电容Cp中储存的电荷会很快的释放，这在地线会有体现。Vc_chang=i×R2+（L3+L2）×dIchang/dt , 其中Vc_chang为Vc的电位变化量，Ichang为回路中电流的变化量。寄生电容Cp中储存的电荷多少与其容值相关，其能量为E=1/2×Cp×Ucp2，其转换为导线的寄生电感的能量，E=1/2×Lp×Ichang2，Lp为线路总寄生电感。能量在电场和磁场之间来回振荡，最后消耗在电阻上或者辐射出去。这导致了Vc电压的振荡。地线的噪声电压与Vs电位的变化、地线的杂算电感、线路电阻以及功率电感的寄生电容密切相关。不难看出，功率电感的寄生电容对地线噪声有着关键的影响，其容值越大，储存其中的能量越多，接地噪声就会越大。减少功率电感的寄生电容对降噪是一个好主意。对于电感容量和额定电流确定以后，采用较小寄生电容Cp的电感，意味着更少的噪声干扰。当然，不少厂家不会标注寄生电容量值，根据f=2π/√（L×Cp），选择高自激振荡频率的电感，如果电感值相同，越高的自激振荡频率，其寄生电容值越小。如果寄生电容减少一半，其接地噪声可能降至1/4。

电感的结构决定了寄生电容的存在，因此寄生电容的降低受到了其结构的限制。如果要进一步的减少其接地噪声，下面讨论这种方法：

图4  DC/DC并联电感的等效电路

如果客户更关注性能而非价格时，可以采用两个等值电感串联的方式代替原电感，两只电感值为原值的一半，而总电感值保持不变。电感的寄生电容基本与电感值成正比，一只电感的寄生电容值基本为原值的一半。当两只电感串联时，总寄生电容值为原值的1/4。这样的设计，寄生电容大大减少，接地噪声也会相应减少（见图4）。其中，L4=L5=L1/2 ，Cp4=Cp5=Cp1/2 。

优良的PCB设计对于降低地线噪声是事半功倍，采用尽可能小得回路面积，如C2、S1与S2构成的回路以及S2、L4、L5与C1构成的回路，尤其是减少电源部分地线长度。这样可以在最优成本的情况下最大限度降低接地噪声。如果没有合理的PCB设计，即使采用了电路降噪设计，在DC/DC恶劣的工作环境下效果也不会很明显。