所有的電子設備都是以直流電供電的，通常是經過 AC 整流。再由 DC-DC 轉換器轉壓，轉到負載所需的電壓。目前，大部份的 DC-DC 轉換器己普遍以高頻率的開關技術為基礎，有效的高頻率開關一直被視為模塊功率密度大小，性能表現優劣的關鍵。開關頻率愈高，所用的磁性元件和電容愈小，反應時間更快，噪聲更低，所需濾波器較細小。
但是所有的 DC-DC 轉換器還是會產生電磁干擾 (EMI) 或者噪聲的，而所產生的噪聲水平，不論是共模的，差模的或者是輻射噪聲，會因為不同的生產廠，或者是采用不同的轉換技術而產生很大的差異，這些差別的根源在于這些噪聲是如何產生的。
雖然沒有一種功率轉換" title="功率轉換">功率轉換拓樸結構是完美的，但有些拓樸結構是特別配合某些應用要求的。市面上有上百種的DC-DC 轉換器，各有不同的設計和拓撲結構，大體可以歸為兩大類：脈寬調制式 (PWM) 和準諧振零電流開關 (ZCS) 兩種。
要完全了解數量這么多的拓樸結構是非常艱巨的任務，本文只著重分析兩種主流拓樸結構的噪聲表現。具體比較固定頻率 DC-DC 轉換器 (PWM) 和變頻準諧振 DC-DC 轉換器 (零電流 ZCS) 的表現。
脈寬調制式與準諧振零電流開關的比較
脈寬調制式 (PWM) 模塊的功率密度是有局限的，因為它需要在工作效率和開關頻率間作取舍。問題的核心在于“開關損耗”。開關元件在瞬時導通和關斷時，使電感電流產生不連續性的狀態，因而產生熱量。由開關損耗引發的功耗，會直接隨著脈寬調制式模塊的開關頻率增高而增大，直至它變為一個顯著的耗損成因，達到了那一點，效率會迅速減低，開關元件所承受的熱及電能應力變得無法處理。這種非零電流開關模塊具有開關損耗的屬性，變為開關頻率障礙，限制了它提升功率密度的能力。
準諧振的零電流開關轉換器采用正向開關拓樸，只在電流經過零的時侯才開關，克服了開關頻率障礙。每個開關周期傳送等量的“能量包”到模塊的輸出端。每個“開” 與“關”都在零電流的瞬間進行，形成一種近于沒有功耗的開關。零電流開關轉換器的工作頻率可超出 1 MHz。它避免了傳統拓樸結構那不連續性電流的特性；實現“無功耗” 的把能量由輸入傳輸至輸出，大大減低傳導和輻射噪聲。
由 PWM 和 ZCS 轉換器衍生出來的噪聲是有很大分別的。圖1 比較 PWM 和 ZCS 轉換器的傳導噪聲，很明顯的，ZCS 轉換器的波形是一個正弦波而不是方波。此外，由于電流的波形沒有幾乎垂直上升和下降的尖削部份， 而且諧波含量較低，減少寄生元件的應力，因而噪聲更低。相反，PWM 的輸入電壓是以固定頻率開關 (一般是數百 kHz)，做成一連串的脈沖，利用調節脈沖的寬度來為負載提供正確的輸出電壓及足夠的電流。滿載時，電流的波形好像是一個方波 (圖2)。
圖1 – 帶共模扼流圈的零電流開關轉換器 (圖左) 和帶濾波器的脈寬調制轉換器 (圖右) 的傳導輸入噪聲頻譜。
圖2 - 零電流開關和脈寬調制式架構的電流波形
很多電源工程師都以為，濾掉固定頻率轉換器所產生的噪聲比濾掉變頻轉換器的來得容易，事實剛好相反 1。 這只是“固定頻率”這名詞帶來的錯覺。基本上是個“誤稱”。因為兩個架構都同時擁有大體固定頻率的元素，和因應操作點而改變的不固定頻率元素。
轉換器規格: 48 V 輸入，5 V 輸出，30A?！ ?/p>
圖2 比較電流流到主開關的波型圖。準諧振轉換器的頻寬或導通時間 T1 是固定的，而開關頻率 T2 是可變的。相反， PWM 轉換器的開關周期是固定的，而頻寬是可變的。圖3 顯示這兩個拓撲產生的噪聲圖譜。
圖3 – PWM (上圖）和零電流開關（下圖）的電流波形和頻譜。注：波形并不按比例繪制。
然而，在變頻的設計，因為它基本上是一個半波整流的正弦波，沒有涉及電流波型的上升及下降陡邊的高頻份量。因此，變頻轉換器的波型頻譜幅度較低，帶寬也較窄。
在 PWM 變換器，大部分能量是在固定頻率及其奇數倍數﹝諧波﹞上的。一個100 kHz 的 PWM 變換器，它的傳導噪聲主要在 100 kHz，有一些在 300 和 500 kHz。因為它是方波，在10 – 30 MHz 間有明顯的諧波，也就是高的 di/dt 激發了轉換器內的寄生元件。需預備足夠的輸入濾波器來濾掉滿載時的 100 kHz 噪聲。這些轉換器的波形，頻譜噪聲水平較高，諧波分布范圍較廣。
顯然，如要盡量減少DC-DC轉換器的噪聲，第一個步驟應是選擇一個合適的拓撲架構，如固有共模噪聲較低的零電流開關。此外，在噪聲敏感的應用，應避免使用具以下特性的轉換器。如把控制器件安裝在銅板，這樣會使把初級控制元件和次級控制元件間，透過銅板產生寄生電容，因而形成更高幅度的共模噪聲。
無源 EMI 濾波器
雖然，電源模塊通常會帶內部輸入和輸出濾波器；但如果要滿足系統要求，或需要符合認可的規格如 FCC，以及歐盟有關電源系統傳導到電網的噪聲標準，便需要外加濾波器。許多電源工程師會自己動手設計方案，大部份 DC-DC 轉換器制造商會提供詳細的應用筆記，并派出具豐富知識和經驗應用工程師協助解決這些問題。此外，還有一些 DC-DC 轉換器的供應商，提供交流前端和 EMI 濾波器模塊。使用這些過濾器模塊不僅節省時間，而且質量，性能比較有保證。這些 EMI 濾波器是專為配合供應商的轉換器模塊而設計的，只要布線妥當，把轉換器模塊和濾波器配套使用， 保證能滿足特定的 EMC 規格。
在美國和歐洲，傳導噪聲是按 FCC 和 VDE 標準A 級和B 級限制嚴格規管的。在美國，工業設備的傳導噪聲應滿足 FCC 標準 A 級要求，家用電器的傳導噪聲應滿足更嚴格的 FCC B 級要求。在歐洲，所有國家均要求工業設備和家用電器符合 EN55022 (或 VDE) B 級標準。
現時多數的開關電源的開關頻率在 100 kHz 至 1 MHz 之間。通常反射到電網之傳導噪聲頻譜上的主要尖峰來自開關頻率之基頻及其諧波分量。
這些傳導噪聲標準，如 EN55011 和 EN55022，規范了從轉換器反射到電網的傳導噪聲在 150 KHz 至 30 MHz 頻帶間不能超過規定之上限。要符合這些要求，所有傳導噪聲，即頻譜上的尖點部份，必須低于規定的限度。
這些 EMI 濾波器通常是造成一個器件，(配置與圖4 相似) 。它是一個帶穿孔引腳的器件，內配共模扼流圈和 Y-電容器 (線到地)，另加兩個電感器和一個 X-電容器（線到線）。由 Z1 提供瞬變保護，這樣子的濾波器有足夠的衰減能力，可以符合級別 B 的傳導噪聲限制。
圖4 –符合EN55022，B級標準的EMI輸入濾波器
此外，電容器、電感器，和濾波器（有源和無源）等器件都是經常用來衰減傳導噪聲的 (無論是共模或差模噪聲) 。下文會討論把各種器件遂一加上后的濾波表現，并提出一種新的 EMI 方案。
圖5a 左邊顯示一個 48 V DC-DC 轉換器，在輸入端接上一個差模電容 C1。 這個單一的 120 ?F，100 V 電解電容，是用來保持低輸入阻抗，穩定電壓和確保良好的瞬變反應。它為模塊儲能，應盡量靠近輸入端，達到最佳效果。
以這個配置為起點，圖5a 右邊顯示一個 48 V 輸入，150 W 滿載工作的 DC-DC 轉換器連接一個差模電容后的諧波水平，以及按級別 A 及 B 要求的EMI 和諧波標準。明顯地，只加上一個差模電容，是不能滿足要求的。
圖5b 顯示加上旁路電容及差模電容的情形，噪聲水平雖仍未能達到標準，但已有很明顯的改善。注意每個接在輸入和輸出端上的旁路電容是與基板接地的。這些電容是業內常用的 4700 pF，100 V 的 Y-電容。Y-電容對衰減轉換器衍生出來的噪聲是十分有效的。
48 V 轉換器滿載時所產生的噪聲是較高的，它比一個 3.3 V 半載的轉換器要高。無論如何，在圖5b 可以看到明顯的改善。
再加上一個 27 µH 的差模電感 L1，在圖5c 看到，48 V 轉換器在低頻部份仍然不達標，噪聲水平還是高于 B 級的限制。
圖5d，是用共模扼流圈取代差模扼流圈，共模扼流圈本身也具差模電感，可取代差模扼流圈。共模扼流圈可以增大 Y-電容的衰減能力，因為共模扼流圈對轉換器產生之共模噪聲形成高阻抗，使噪聲沿著較低阻抗之路徑，經 Y-電容傳到大地。
圖5 - 48 V, 150 W DC-DC轉換器接上不同器件的噪聲頻譜。
a.差模電容 b.旁路電容 c.差模電感 d.共模濾波器 (去掉差模扼流圈)
48 V 轉換器的噪聲現在只是稍稍高于級別 B 標準，需要稍稍加些濾波器。3.3 V 轉換器加共模濾波器以后，無論是滿載或半載，都完全符合級別 B 的標準了。
有源 EMI 濾波器。電子行業不斷要求產品體積更小巧，和擁有更多功能，這趨勢已是不可逆轉的。系統的體積不斷壓縮，要把更多的功能擠在板上或者是機架內，儀器之間互相干擾的機會大增。由于頻率增加和電壓水平下降，電磁干擾控制，成為一個非常重要的設計任務。要把電磁干擾好好的控制，是十分復雜的事情，整個設計受到多種因素影響，要用上多種濾波器 (有源或無源的) 來把傳導噪聲管理好。
與無源濾波方案比較，有源濾波器可減少共模扼流圈所占用的空間，令整個元件體積只有1" x 1" x 0.2"，是非常纖薄的表面貼裝的元件?？偟膩碚f這方案節省占用電路板空間，而且元件很薄，可讓空氣在上面流動，幫助散熱。
有源 EMI 濾波器 (見圖6 QPI) 可衰減 150 KHz 至 30 MHz 間的共模及差模噪聲，滿足 EN55022 (CISPR22)要求。
圖6 - 有源濾波器 (QP1) 與 DC-DC 轉換器連接圖。
Cin，C1，C2，C3 及 C4 的值應由 DC-DC 轉換器生產廠提供。
圖7 是連上有源濾波器與沒有連上濾波器的噪聲測試圖。測試條件按 CISPR22 標準。結果顯示帶載的 DC-DC 轉換器，它的總噪聲低于 EN55022 級別 B 準波峰檢測水平，顯示有源濾波器有效的濾掉傳導噪聲。
圖7- DC-DC轉換器傳導 EMI 噪聲。
連上有源濾波器 (下圖);沒有濾波器 (上圖)
選擇和評定 EMI 濾波器時，設計人員應該留意，他們必須測試濾波器用在他們的產品上的表現，而且測試裝置及條件必須符合其產品所須遵循的 EMI 標準。在選擇濾波器和合適的設計時，應參考未加濾波器時波幅和頻譜。
一個產品的傳導噪聲，應包含差模和共模噪聲，可能還包括輻射噪聲，那要取決于 EUT 屏蔽和布線屏蔽的測量裝置。IEC 國際電工委員會的 CISPR 16-2-1，列明量度傳導干擾的方法。
濾波器的性能是非常依賴輸入母線和負載阻抗的。并不能單從零偏壓，50 ? 插入損耗數據推斷出來。濾波元件, 儀器接地，以及噪聲源阻抗等都會影響最后的噪聲表現, 會改變相關頻譜的幅度和相位。
有源 EMI 濾波器，可衰減 150 KHz 至 30 MHz 間的共模及差模噪聲，滿足 EN55022 要求。它透過感應流向母線的共模電流，在屏蔽板產生低阻抗，把噪聲引導到產生噪聲的源頭。當有源 EMI 濾波器按圖6 所示連接妥當，控制回路會主動的驅動屏蔽腳，減少在母線內的共模電流，直到共模電流值衰減至如圖7 所示水平。
1. L. Hsiu, M. Goldman, R. Carlsten, A. Witulski, and W. Kerwin, “Characterization and Comparison of Noise Generation for Quasi-Resonant and Pulse width-Modulated Converters”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 9, No. 4, July 1994.