Roland van Roy | AN079 from RICHTEK
输出电压纹波是开关电源转换器的一个重要参数。某些负载对供电的电压纹波非常敏感，而某些Vcore对供电电压的要求很高，需满足严格的容受范围。准确测量纹波不容易，特别是对于高频开关式电源转换器。
本文将解释DC-DC转换器的输出纹波，并提供有用的设计技巧，以获得更准确的测量结果。
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8 实际案例2：RT5760A ACOT®降压转换器，应用于5V到1.2V，1A，小尺寸，低纹波应用
RT5760A是一款成本效益高的6V额定电压，第三代低压ACOT降压转换器，具有1A的输出电流能力和轻载时的自动PSM模式。2.2MHz的开关频率、SOT563封装和使用小型主要组件，使得总应用电路面积非常小。电路板的线路图和布局如图26所示。
图26
在这个小型线路布局中，单一的MLCC输出电容C5位于非常靠近电感的位置，该电感是Murata的半屏蔽型LQH32类型。10μF/6.3V 0603 MLCC输出电容在1.2V DC偏压下，会下降到8.6μF，在低交流电压纹波下可能再下降10%。这个电容的ESR为3mΩ，ESL约为0.2nH（见图27）。对于这个应用的计算，我们使用8μF的有效电容，3mΩ的ESR和0.2nH的ESL。
图27
1μH 2.3A 电感LQH32PN1R0NN0的自共振频率为150MHz，因此C-parallel 为1.1pF。
电感纹波电流
为0.42App
输出电容CCM 纹波电压
为2.94mVpp
1.5mΩ ESR, 加上
的1.25mVpp, 所以总共CCM 纹波为4.19mVpp。
对于具有寄生组件的高频行为，下面的LTSpice模拟显示了结果：（图28）
图28
可以看到，输出波形是抛物线（Cout电容）、三角波 (Cout ESR)、电压方波 (Cout ESL) 和高频尖峰（由于电感并联电容和Cout ESL引起）的组合。
8.1 第一次使用小接地环路的测量
图29显示了使用PCB输出电压接头/短接地环探头连接的输出纹波测量（距离单个输出电容C5有一定距离，以及用于测量开关波形的电容接收方法）。
图29 测量结果9.1mVpp
对于这种非常低的输出电压纹波测量，10:1探头的灵敏度不足，1:1探头则提供更好的结果。
同时可以看到，短探头环路连接仍然会吸收相当多的电感寄生场：测量的波形（9.1mVpp，带有较大的电压方波）与模拟和计算的 (4.2mVpp) 结果非常不同。
8.2 第二次使用扭转线的测量
图30显示了使用1:1探头的输出纹波测量，直接连接到MLCC输出电容器C5。扭转线的连接方式使小环路垂直放置，以最小化电感杂散磁场的耦合。
图30 测量结果4.56mVpp/4.84mVpp
扭曲的电线连接的环路比之前的“接点 + 短接地环路探头”连接还要短，但从上面的测量结果可以看出，在反转电感方向时，纹波测量结果仍存在一些差异。
因此，由于电感与高频讯号非常近，是很难避免一些电感杂散场杂讯耦合到小的扭转电线中。为了减少电感杂散场的影响，我们可以尝试移动输出电容来远离电感。
8.3 第三次使用扭转电线进行测量，并将电容移离电感
图31显示了使用扭转电线进行的纹波测量，并将输出电容移离电感8mm的位置。
图31
使用扭曲的线连接和将输出电容移离电感8mm后，现在纹波测量结果与两种电感方向的计算和模拟相符合。请注意，ACOT®转换器仍存在一些频率抖动（OFF时间变化），这导致测得的纹波振幅出现一些不规则性。
输出纹波测量使用1:1探头和500MHz示波器带宽设置，以及电容接收法进行开关波形测量（见图32）。
图32
可以看到，使用高带宽设置的示波器进行测量，结果并未显示太多额外的高频尖峰。这主要与1:1探头有关，其有效带宽为15MHz。大多数1:1探头的带宽相对较低，因此它们实际上不能显示高频信号。
8.4 PSM测量
对于RT5760A EVB板上的PSM纹波测量，我们移除负载电阻，并使用与CCM模式纹波测量相同的方式来测量输出纹波（用于纹波测量的扭转线方法和用于开关波形测量的电容式取样法），参见图33。
图33
图34
在PSM模式下计算的输出电压纹波为
为29.4mVpp，因此测得的纹波为24.4mVpp，与计算结果相差不远。
未完待续...
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