輸出電壓紋波是開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的一個(gè)重要參數(shù)。某些負(fù)載對(duì)供電的電壓紋波非常敏感，而某些Vcore對(duì)供電電壓的要求很高，需滿足嚴(yán)格的容受范圍。準(zhǔn)確測(cè)量紋波不容易，特別是對(duì)于高頻開關(guān)式電源轉(zhuǎn)換器。
本文將解釋DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出紋波，并提供有用的設(shè)計(jì)技巧，以獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。
/ 技巧1：檢查設(shè)備和環(huán)境雜訊 /
在進(jìn)行紋波測(cè)量之前，需要進(jìn)行一次環(huán)境檢查。將測(cè)量探頭尖端連接到探頭的地線，然后將其放置在實(shí)驗(yàn)室桌上，如下圖1所示。設(shè)置示波器為最大頻寬，并確保具有足夠的采樣率。
圖1(1) 在LED燈開啟的狀態(tài)下進(jìn)行的測(cè)量，顯示出21mVpp的開關(guān)雜訊（10:1探頭，500MHz頻寬）
圖1(2) 在LED燈關(guān)閉的狀態(tài)下進(jìn)行的測(cè)量，開關(guān)雜訊降低至10mVpp（10:1探頭，500MHz頻寬）
從上述測(cè)量例子可以看出，一個(gè)簡(jiǎn)單的10:1探頭，在高頻寬設(shè)置 (500MHz) 下，其接地環(huán)路很容易從環(huán)境中接收到雜訊。在進(jìn)行紋波測(cè)量時(shí)，必須確保雜訊較大的設(shè)備已關(guān)閉。/ 技巧2：了解可能期望的紋波信號(hào)種類 /
在進(jìn)行紋波測(cè)量時(shí)，了解可預(yù)期的情況也是有幫助的，因此在將示波器連接到您的電路板之前，進(jìn)行一些紋波計(jì)算或模擬是一個(gè)好方式。
(1) 連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 輸出紋波
對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換器（圖2），在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 中，橫跨輸出電容器的輸出紋波是由于流經(jīng)輸出電容器的電感紋波電流引起的。
由于電容器電壓是電容器電流的積分，而在CCM中的電感紋波電流是一個(gè)三角波形，因此在CCM中的純電容器紋波電壓由正負(fù)的拋物線電壓組成，如下圖3所示。
電感紋波電流 DIL 可以從以下公式計(jì)算：
輸出電容器紋波電壓可以從以下公式計(jì)算：
這適用于低ESR的多層陶瓷電容MLCC。
如果輸出電容器有一些等效串聯(lián)電阻 (ESR)，紋波電壓將會(huì)增加，公式：
在使用MLCC電容時(shí)，需確保在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，考慮直流偏壓DC，以獲得有效電容值。
從公式中可以看出，負(fù)載電流不在其中。這意味著在降壓轉(zhuǎn)換器保持在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 時(shí)，輸出紋波電壓不會(huì)隨著負(fù)載電流的變化而改變。
(2) 脈沖跳躍模式 (PSM) 輸出紋波
立锜的降壓轉(zhuǎn)換器系列通常有一個(gè)在輕載條件下運(yùn)行于脈沖跳躍模式 (PSM) 的版本。
當(dāng)負(fù)載電流減少到某個(gè)值時(shí)，電感紋波電流谷值將達(dá)到零。具有PSM模式的零件將開始在二極管仿真模式下工作，這意味著低端 (low-side) MOSFET只會(huì)在電感電流的正部分開啟。
在電感電流變?yōu)樨?fù)值時(shí)，高端 (high-side) 和低端MOSFET都將關(guān)閉，并且開關(guān)波形將顯示出一些阻尼振鈴 (damped ringing)，這是由電感和開關(guān)節(jié)點(diǎn)的寄生電容的共振引起的。
在輸出放電的同時(shí)，轉(zhuǎn)換器將保持在這種低Iq休眠模式中。一旦反饋電壓達(dá)到PSM電壓參考閾值，PWM會(huì)開啟一段時(shí)間TON（見圖4）。
圖4
在輕載條件下的操作中，輸出電壓將在TON和TOFF期間由正三角形電流充電，并在TSLEEP時(shí)間內(nèi)由負(fù)載電流緩慢放電，此時(shí)兩個(gè)MOSFET都關(guān)閉。
在PSM模式下的輸出電壓紋波可以通過以下方式進(jìn)行估算：
對(duì)于ACOT®轉(zhuǎn)換器，在PSM模式下的ON時(shí)間類似于CCM模式下的ON時(shí)間：
電流模式轉(zhuǎn)換器通常在PSM期間設(shè)定一定的電感峰值電流：
PSM輸出紋波幅度取決于負(fù)載電流：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，紋波幅度將減小，因?yàn)樨?fù)載電流在TON + TOFF期間也會(huì)放電電容器。上述公式適用于非常輕（實(shí)際上為零）的負(fù)載和單次TON的PSM。
未完待續(xù)...
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