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先 进 的 设 计 工 具<br />
既简单又小巧。<br />
这种结构非常简单的同步开关式<br />
DC/DC 转换器由一对 MOSFET 开<br />
关、一个电感器和输入、输出滤波电<br />
容器组成。图 1 显示的是处于开关周<br />
<strong>期</strong>中的转换器及其相关的直流 (DC) 和<br />
交流 (AC) 路径。当 SW1 闭合(SW2<br />
开放),来自电源的电流经电感器流<br />
到负载,同时输入和输出滤波电容器<br />
对 高 频 交 流 电 流 进 行 “ 分 流 ” 。 当<br />
SW1<br />
SW2 闭合(SW1 开放),存储在电感<br />
器中的能量在开关周<strong>期</strong>的后半程为负载<br />
继续提供电流。开关的开闭和高频 AC<br />
电流的流动会产生噪声。<br />
噪声和降噪策略<br />
步降 DC/DC 转换器首先高效地将<br />
直流电压转换为交流电压,然后用滤波<br />
器将其转变成伪直流电压。这一过程会<br />
产生四种类型的噪声:转换器直流输出<br />
VIN CIN COUT<br />
L<br />
RLOAD<br />
VIN CIN SW2<br />
COUT RLOAD<br />
图 1 - 在这个同步步降 DC/DC 转换器的简图中,红色实线代表直流电流,<br />
红色虚线代表高频交流电流。<br />
52 赛灵思中国通讯 43 <strong>期</strong><br />
输出纹波波形 电容等效线路<br />
图 2 - 输出电压纹波组件和来源<br />
L<br />
上的纹波噪声、转换器输入电源上的<br />
纹波噪声、辐射电磁噪声、传导电磁<br />
噪声。<br />
每种无源电气器件除了自身的基<br />
本特性(电阻、电容、电感)以外,<br />
都有另外两种寄生特性:比如对电容<br />
而言,就有等效串联电阻 (ESR) 和等<br />
效串联电感 (ESR);对电阻而言,则<br />
有等效串联电感和等效并联电容。<br />
输出纹波是开关产生的高频脉动<br />
直流经过输出电容滤波后的副产物。<br />
图 2 显示了输出滤波电容器的小信号<br />
模型以及模型中每个元素对输出纹波<br />
波形所起的作用。请注意,输出滤波<br />
电容器的 ESL 与 PCB 回流路径走线<br />
的寄生电感和转换器的内部寄生电感<br />
相结合,就构成了输出滤波器环路的<br />
总 ESL。该 ESL 通过感应“振铃”引<br />
起大量高频尖峰。<br />
大多数 DC/DC 转换器供应商的<br />
产 品 说 明 书 会 提 供 低 通 滤 波 纹 波 波<br />
形,但一般无法可靠反应出给定应用<br />
PCB 板上测得的真实纹波情况。<br />
要从根本上降低输出纹波,您可<br />
降 低 纹 波 电 流 , 也 可 以 降 低 电 容 的<br />
ESR 和 ESL 以及 PCB 走线的 ESL。<br />
提升开关频率可降低给定电感值下的<br />
纹波电流,并允许采用尺寸更小的低<br />
ESR/ESL 陶瓷电容。但是,开关频率<br />
升高会增大 MOSFET 开关的开关损<br />
耗,并给效率造成不利影响。<br />
就如将电阻并联可以降低总电阻<br />
一 样 , 将 多 个 电 容 器 并 联 可 以 降 低<br />
ESR/ESL。但是增加电容器的数量会<br />
增加 PCB 上的 ESL,同时还会增加<br />
转换器占用的 PCB 空间。<br />
采用较小的滤波器组件(电感和<br />
电容)缩短 PCB 的长度可以起到控制<br />
PCB ESL 的作用。但遗憾的是,较小
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