如何降低DCDC開關(guān)電源的噪聲

通常對于設(shè)計(jì)電源的工程師來說在設(shè)計(jì)電源過程中，最佳的工作頻率是一個(gè)重要的參數(shù)。對于低頻，往往對應(yīng)周圍器件的尺寸增大，從而成本也增加。工作頻率高，周圍器件尺寸減小，但是對應(yīng)的自身損耗也增加。如何 tradeoff?

1. 頻率與周圍器件的關(guān)系

在上圖中，可以看到當(dāng)頻率在 100Khz 時(shí)，電感占據(jù)主要地位，隨著頻率升高，電感的體積也是在減小的，感值也相應(yīng)的再減少。輸出端的電容值也是隨頻率升高而降低。輸入端的電容基本上保持不變。

2. 頻率與損耗關(guān)系

對于半導(dǎo)體器件，損耗包括兩部分，一部分是開關(guān)損耗，一部分是傳導(dǎo)損耗，開關(guān)損耗隨頻率的升高而升高，傳導(dǎo)損耗不受工作頻率的影響。當(dāng)開關(guān)損耗與傳導(dǎo)損耗相等時(shí)，總損耗最低。

通過以上兩個(gè)參數(shù)，可以合理的設(shè)計(jì)電源工作頻率。

3. 電源布局設(shè)計(jì) --- 噪聲的來源和降低

1)運(yùn)放的輸入與輸出

在設(shè)計(jì)電源時(shí)，良好的布局可以降低電源噪聲，電源噪聲主要有三種：運(yùn)算放大器的輸入與輸出，參考電壓和斜坡。如下圖所示：

運(yùn)放輸入端可能是電源中最為敏感的點(diǎn)，若要減小噪聲，必須最小化節(jié)點(diǎn)長度，并盡可能將反饋和輸入組件靠近運(yùn)放放置。如果反饋網(wǎng)絡(luò)中存在高頻積分內(nèi)容，最理想的布局是，將反饋電阻放置到靠近運(yùn)放的輸入端，如果高頻信號注入電阻 - 電容節(jié)點(diǎn)，高頻信號就要承受電阻阻抗，而電容對于高頻的容抗很小。

2)斜坡

斜坡通常由電容器充放電引起(電壓模式)，或者由電源開關(guān)的采樣電流(電流模式)。電壓模式影響不大，因?yàn)殡娙輰Ω哳l輸入的信號阻抗很小，但是電流模式卻是個(gè)問題。如下圖所示：

對于上圖中的第一個(gè)圖，可以采用 IC 控制上升沿消隱方法來去除，對于第二個(gè)圖，可以采用并聯(lián)多個(gè)電容的方法去除(主要是因?yàn)榉浅浞中甭恃a(bǔ)償) 。

4. 電源噪聲的解決辦法

第三點(diǎn)已經(jīng)提及了幾種引起電壓噪聲的方法，那么在排查電源噪聲的時(shí)候，需要從三點(diǎn)入手。

1)觀察運(yùn)放的輸出端是否有高頻變化，改變補(bǔ)償組件;

2)運(yùn)放的參考電壓，可以選用可靠的電壓源，TL431 較常用;

3)通過改變 MOS 的柵極電阻也可以對開關(guān)波形有一定的作用。