如何測量和降低DC/DC電壓調節(jié)器的輸出電壓紋波
介紹
如今，在很多諸如電信和網絡設備這樣的服務器中，均會使用多個電壓調節(jié)器給芯片或子電路供電。由于這些電源軌之間的電壓容差常常很小（＜1%），因此功率完整性的測量，如在全帶寬內測量紋波電壓，成為滿足系統設計要求的關鍵。
本文將結合MPS產品MPQ8633B的具體數據，為你介紹如何測量并減少COT（恒定導通時間）模式調節(jié)器的電壓紋波。
紋波和噪聲源
全帶寬輸出紋波通常包含低頻（LF）紋波和高頻（HF）噪聲兩種。圖一顯示的降壓（Buck）變換器中的低頻（LF）紋波為輸出電壓的交流分量。
然而，在實際電路中還會存在另一個交流分量，稱之為高頻（HF）噪聲，它會在開關導通和關斷時產生。圖2顯示了降壓（Buck）變換器輸出功率級的實際電路?？紤]到高頻（HF）工作條件，實際電感的功能類似于電容阻抗，而實際電容則相當于電感阻抗。因此，簡化后的輸出功率級電路請見圖3。高頻（HF）噪聲主要由電感寄生電容（CL）和等效串聯電感（ESL）引起的開關耦合的高dV / dt引起。
輸出電壓的測量設置
想要獲取精確的實驗數據，是否采用了正確的測量設置非常重要。傳統方法是采用1MΩ無源電壓探極來測量。此種設置無法獲取真實的電壓紋波和噪聲，因為大回路吸收了很多周邊噪聲，同時還會產生寄生電感。圖5顯示了基于50Ω同軸電纜的回路，它比無源電壓探極回路要小得多。而且同軸電纜具有優(yōu)良的屏蔽效果、環(huán)路小、無信號衰減等優(yōu)勢。
圖 6?顯示了同一工作模式下，輸出紋波的對比圖。從圖中可以看出，同軸電纜可以有效降低高頻（HF）噪聲。后面章節(jié)的所有實驗數據均基于50Ω同軸電纜測量結果。
降低輸出紋波
如前所述，高頻噪聲與電感、輸出電容以及開關節(jié)點的電壓均有關，因此可以采取以下三種方法來降低（HF）噪聲：
降低開關節(jié)點的電壓尖峰；
降低高頻工作的電感阻抗；
降低高頻工作的輸出電容阻抗。
對于第一種方法，最有效的方案是降低開關導通和關斷的變化斜率，通過添加一個串聯自舉電阻或一個 RC 緩沖電路來實現。
一旦開關尖峰降低，噪聲耦合環(huán)路就會得到優(yōu)化。首先，根據供應商的規(guī)格書選擇一款低寄生電容電感。然后，最大限度地減少噪聲振鈴頻率周圍的輸出電容阻抗。正常情況下，降壓（Buck）變換器的噪聲振鈴頻率為幾百MHz左右。
以往通常會采用X5R/X7R陶瓷電容來降低全帶寬的紋波，因為相比于電解電容和鉭質電容，它們的ESR和ESL會更低。一般來說，高頻時陶瓷電容越小，其阻抗也越小。但小陶瓷電容的容值比較有限。因此，采用傳統的X5R/X7R陶瓷電容并不是最好的辦法。
圖 7?顯示了專為降低高頻噪聲而選的NP0陶瓷電容，此種電容具有低阻抗的特性。其阻抗特性也與電容容值相關（見圖8）?。根據高頻噪聲振鈴頻率，幾百pF的NP0電容即可滿足此種場合。
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