減小開關(guān)穩(wěn)壓器在后段輸出中的殘留成份

設(shè)計(jì)師在后調(diào)開關(guān)式穩(wěn)壓器輸出時(shí)會(huì)頻繁使用線性穩(wěn)壓器。這種方法有很多好處，如可以改善穩(wěn)定性、精度和瞬態(tài)響應(yīng)，以及降低輸出阻抗。理想情況下，顯著降低開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的紋波與尖峰能獲得這些性能上的好處。但在實(shí)際應(yīng)用中，所有的線性穩(wěn)壓器都會(huì)遭遇紋波和尖峰的麻煩，特別當(dāng)頻率升高時(shí)。如果穩(wěn)壓器輸入與輸出電壓差較小，則會(huì)進(jìn)一步放大這種效應(yīng)。這種情況很棘手，因?yàn)檫@種低壓差正是保證效率的必要條件。

輸入濾波電容可以在紋波與尖峰進(jìn)入穩(wěn)壓器以前對(duì)它們進(jìn)行平滑處理（圖1）。輸出電容在較高頻率下保持低的輸出阻抗，改進(jìn)負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，并為某些穩(wěn)壓器提供頻率補(bǔ)償。其它輔助作用還有減少噪聲和防止輸入端出現(xiàn)殘余的人為擾動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)壓器的輸出端。即使很小幅度的高頻成份也可以影響到對(duì)噪聲敏感的視頻、通信和其它類型的電路，所以要考慮這些人為干擾的效應(yīng)。設(shè)計(jì)師會(huì)使用大量的電容，試圖消除這些不希望出現(xiàn)的信號(hào)以及它們產(chǎn)生的影響。雖然這些信號(hào)很難對(duì)付，有時(shí)似乎什么招術(shù)都不起作用，但要做到控制它們，了解它們的起源和特性是關(guān)鍵。

開關(guān)穩(wěn)壓器交流輸出成份

圖 2 顯示了一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器的動(dòng)態(tài)交流輸出成份。它包括開關(guān)穩(wěn)壓器在時(shí)鐘

頻率（典型值從 100 kHz ~ 3 MHz）下的相對(duì)低頻紋波，以及與電源開關(guān)過渡期間相關(guān)的高頻“尖峰”成份。紋波的來源是開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的脈沖能量。濾波電容能將交流成份作平滑處理，但不會(huì)消除它們。尖峰經(jīng)常帶有頻率可達(dá) 100 MHz的諧波成份，尖峰來源是開關(guān)穩(wěn)壓器中的高頻、快速轉(zhuǎn)換的功率元件。降低穩(wěn)壓器的重復(fù)速率和縮短過渡時(shí)間可以大大降低紋波和尖峰幅度，但磁性元件的體積就會(huì)增大，效率降低。用這種方法構(gòu)建的電路可以顯著降低諧波成份，但犧牲的是磁性元件的體積與電路效率（見網(wǎng)上參考文獻(xiàn)1）。用同樣的快速時(shí)鐘和轉(zhuǎn)換可以使用小型、高效的無源器件，但會(huì)向線性穩(wěn)壓器提供高頻紋波與尖峰。

穩(wěn)壓器對(duì)紋波的抑制能力強(qiáng)于寬帶尖峰。舉個(gè)典型的應(yīng)用實(shí)例，即 LT1763線性穩(wěn)壓器的抑制性能，它在 100 kHz 時(shí)有 40 dB 的衰減，而在 1 MHz 則降至約 25 dB（圖3）。大多數(shù)的寬帶尖峰會(huì)直接通過穩(wěn)壓器，而用于吸收尖峰的輸出濾波電容也有高頻性能的限制。高頻寄生效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)壓器和濾波電容不完美的頻率響應(yīng)，可見圖 1 過于簡(jiǎn)單化。圖4中包含了寄生條件和一些新元件顯示強(qiáng)調(diào)高頻寄生條件的穩(wěn)壓路徑（圖4）。區(qū)別這些條件非常重要，因?yàn)檎撬鼈儗⒓y波和尖峰傳播至標(biāo)稱的穩(wěn)壓輸出端。

 

另外，了解了寄生元件的效應(yīng)就可以采用一種可以降低高頻輸出成份測(cè)量的策略。穩(wěn)壓器包含的高頻寄生路徑主要是容性的，路徑跨越傳輸晶體管，并進(jìn)入基準(zhǔn)和穩(wěn)壓放大器。這些條件與固定的穩(wěn)壓器增益帶寬一起限制了高頻抑制性能。輸入、輸出濾波電容含有寄生電感和電阻，當(dāng)頻率上升時(shí)會(huì)降低它們的效率。雜散布局的電容會(huì)產(chǎn)生多余而有害的饋通路徑。接地路徑的電阻和電感會(huì)增大地電位差，增添誤差并使測(cè)量更加復(fù)雜化。

現(xiàn)在還出現(xiàn)了一些通常情況下與線性穩(wěn)壓器無關(guān)的新元件。這些新增元件包括在穩(wěn)壓器的輸入、輸出線路上的鐵氧體磁珠或電感。這些元件有它們自己的高頻寄生路徑，但可以顯著改善穩(wěn)壓器整體的高頻抑制性能（見網(wǎng)上附文“鐵氧體磁珠的真相”）。

建立一個(gè)紋波/尖峰仿真器

要了解這個(gè)問題，先要觀察穩(wěn)壓器在多種條件下對(duì)紋波和尖峰的響應(yīng)。此時(shí)應(yīng)該單獨(dú)改變紋波與尖峰參數(shù)，包括它們的頻率、諧波成份、波幅、持續(xù)時(shí)間以及直流電平。這一功能是多變的，不同電路情況要進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化和敏感性分析。雖然對(duì)實(shí)際開關(guān)穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)條件下線性穩(wěn)壓器性能的觀察尚沒有可以替代的辦法，但硬件仿真器可以降低出現(xiàn)意外可能發(fā)生的情況（見網(wǎng)上圖5）。它可以用獨(dú)立可設(shè)置的 DC、紋波和尖峰參數(shù)來仿真一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出。

該設(shè)計(jì)將一個(gè)現(xiàn)成的商用函數(shù)發(fā)生器與兩個(gè)并聯(lián)的信號(hào)路徑組合構(gòu)成的電路。它在一個(gè)相對(duì)較慢的路徑上傳輸 DC 和紋波，而通過一個(gè)快速路徑處理寬帶尖峰信息。兩個(gè)路徑匯合在線性穩(wěn)壓器的輸入端。函數(shù)發(fā)生器可設(shè)置諧波輸出（見網(wǎng)上圖6中的跡線A）提供DC/紋波路徑，包括功率放大器IC1 和相關(guān)元件構(gòu)成。IC1接收諧波輸入和直流偏置信息，驅(qū)動(dòng)待測(cè)穩(wěn)壓器。L1 和1Ω電阻使IC1在紋波頻率下穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓器。

函數(shù)發(fā)生器的脈沖同步輸出（見網(wǎng)上圖6跡線B）是產(chǎn)生寬帶尖峰的根源。放大器IC2區(qū)別出輸出的邊沿（跡線C），并饋送給雙極比較器IC3A和IC3B。比較器的輸出尖峰（跡線D和E）與諧波轉(zhuǎn)折點(diǎn)同步。通過1kΩ電位計(jì)將互補(bǔ)直流閾值電勢(shì)加到IC3A和 IC3B，并且IC2控制尖峰的寬度。二極管門限以及并聯(lián)的邏輯反相將跡線F呈現(xiàn)給尖峰幅度控制。跟隨器Q1 將尖峰和 IC1的DC/紋波路徑加在一起，形成線性穩(wěn)壓器的輸入（跡線G）。

對(duì)線性穩(wěn)壓器抑制能力的評(píng)估

見網(wǎng)上圖 5 中的電路可以幫助對(duì)線性穩(wěn)壓器高頻抑制能力做出評(píng)估。