1.前言
在我們的的新設(shè)計(jì)電源中，需要在一半的空間放置電容電感器件，這樣導(dǎo)致我們的PCB設(shè)計(jì)布局非常大。
但是如果我們選擇了最小的負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器，并使用最具成本效益的無(wú)源元件生成了最緊湊的布局，減小PCB板面。但是然后我們檢查看關(guān)鍵的輸出紋波，發(fā)現(xiàn)紋波超出了我們的預(yù)期。這是什么原因?qū)е碌哪?/span>？
2.分析DCDC紋波出現(xiàn)的原因
讓我們首先了解是什么構(gòu)成了降壓 DC/DC 穩(wěn)壓器的輸出紋波。它是一個(gè)復(fù)合波形。
傳統(tǒng)上只考慮了圖 1 中顯示的三個(gè)主要元素：
（1）通過(guò)在輸出電容器的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 上施加電感電流斜坡產(chǎn)生的三角波。22 μF X5R 陶瓷電容器的 ESR 可能僅為 2 mΩ?？紤]到 1 A 的電感峰峰值電流紋波，ESR 紋波為 2 mV（如果您使用多個(gè)并聯(lián)電容器則更少）。
（2）由于輸出電容而產(chǎn)生的偽正弦分量。對(duì)于與上述要點(diǎn)相同的輸出電容器和紋波電流，電容紋波將約為 8 mV（對(duì)于多個(gè)并聯(lián)輸出電容器而言，較?。?
（3）輸出電容器等效串聯(lián)電感 (ESL) 兩端產(chǎn)生的方形分量。對(duì)于 22 μF X5R 電容器，ESL 約為 0.5 nH，產(chǎn)生約 2 mV 的紋波。
圖 1：典型的輸出紋波波形
但是，在我們測(cè)量的結(jié)果在邊緣有尖峰，并且當(dāng)您反轉(zhuǎn)圖 2 中所示的電感器時(shí)，方波內(nèi)容會(huì)改變極性：
圖 2：測(cè)量的輸出紋波
是什么導(dǎo)致了這些不良成分？更重要的是，你能做些什么呢？
3.紋波的尖峰
當(dāng)我們選擇電感器時(shí)，自諧振頻率 (SRF) 高于您的穩(wěn)壓器開(kāi)關(guān)頻率，因此一切正常。讓我們重新審視一下——電感器具有 SRF，因?yàn)樗哂胁⒙?lián)寄生電容。將開(kāi)關(guān)電壓的快速邊沿施加到寄生電容會(huì)產(chǎn)生通過(guò)電容器的大電流尖峰，進(jìn)而在輸出電容器的 ESL 兩端產(chǎn)生大電壓尖峰（參見(jiàn)公式 1）：
(1)
為了減少這個(gè)峰值：
（1）選擇寄生電容較小的電感。尋找您需要的電感和額定值的最高 SRF 值。較低的電感往往具有較低的寄生電容（較低的額定電流也是如此），因此不要過(guò)度指定電感或額定電流。
（2）減小輸出電容 ESL。選擇滿足您的輸出電容要求的最小電容器封裝尺寸。并聯(lián)使用多個(gè)較小的電容器意味著每個(gè)電容器的封裝尺寸（以及 ESL）可以更小，而并聯(lián)電感器也會(huì)降低總 ESL。
（3）降低開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的瞬態(tài)電壓 (dV/dt)（增加 t 值）。一些穩(wěn)壓器可能允許直接控制開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)邊緣，但更多情況下，您可以將一個(gè)小電阻與自舉電容器串聯(lián)以減慢邊緣。這會(huì)影響效率，因此前兩個(gè)選項(xiàng)更可取。
4.方波
假設(shè)我們選擇了經(jīng)濟(jì)高效的非屏蔽電感器。來(lái)自未屏蔽（或樹(shù)脂屏蔽電感器）的磁場(chǎng)可以擴(kuò)散到組件的物理主體之外。圖 3 中的仿真圖顯示了非屏蔽開(kāi)放式磁鼓電感器和全屏蔽模制電感器的磁場(chǎng)。
圖 3：非屏蔽磁鼓和屏蔽模制電感器的磁場(chǎng)（來(lái)源：Coilcraft 提供）
這種緊湊的布局在電感器旁邊放置了輸出電容器。逃逸的磁場(chǎng)耦合到電容器的 ESL（在較小程度上耦合到輸出軌道環(huán)路）并生成方波分量。當(dāng)電感反向時(shí)，電感中的電流和磁場(chǎng)反向（就像交換耦合電感中的點(diǎn)），因此方波分量反向。
為了減少這種影響：
（1） 選擇屏蔽電感以減少產(chǎn)生這種耦合的漏磁通。如果您使用的是非屏蔽或半屏蔽電感，選擇 xy 尺寸較大但輪廓較小的電感將降低氣隙高度，從而降低邊緣通量。
（2） 如上所述減小輸出電容ESL。
（3） 不要將輸出電容器和跟蹤直接放置在電感器旁邊，那里是磁場(chǎng)最高的地方。在空間至關(guān)重要的情況下，考慮將電感器放置在電路板的另一側(cè)，以翻蓋式結(jié)構(gòu)與穩(wěn)壓器電路的其余部分相對(duì)。這使輸出電容器遠(yuǎn)離磁場(chǎng)最強(qiáng)的電感器平面。
現(xiàn)在我們可以查看輸出紋波波形并拆開(kāi)不同的組件。通過(guò)選擇正確的外部無(wú)源器件并在布局上做出一些謹(jǐn)慎的決定，我們?nèi)匀豢梢詫?shí)現(xiàn)微型、經(jīng)濟(jì)高效的解決方案并優(yōu)化應(yīng)用的輸出紋波。
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