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BUCK電路減小輸入紋波電壓的方法

1. 簡介

BUCK電路輸入紋波電壓的計算公式和最大值 ] 中分析了BUCK電路輸入紋波電壓的表達式如下所示:

其中,C_IN 是輸入電容[F],ESR_CIN 是輸入電容的等效串聯(lián)電阻參數(shù)[Ω],F(xiàn)_SW 是開關(guān)頻率[Hz],I_OUT 是負載電流[A],D 是降壓電路CCM模式下的占空比[無量綱]。

此文,我們將基于上述公式(3.171),分析總結(jié)BUCK電路減小輸入紋波電壓的方法。

2. 減小輸入紋波電壓的方法

基于輸入紋波電壓公式(3.171)可知:

1)在D、 I_OUT 不變的情況下,?V_CIN 與 ESR_CIN 成正比關(guān)系;

2)在D、 I_OUT 不變的情況下,?V_CIN 與 C_IN 成反比關(guān)系;

3)在D、 I_OUT 不變的情況下,?V_CIN 與 F_SW 成反比關(guān)系。

所以,理論上,減小 ESR_CIN 、增大 C_IN 和 F_SW ,都可以減小BUCK電路輸入紋波電壓的大小。

如果輸入端使用了大容量的電解電容(通常具有較大的ESR),可以并聯(lián)ESR較小的陶瓷電容,以達到減小輸入端整體ESR,從而減小輸入紋波電壓的目的。

所以,實際上,增大輸入端電容 C_IN 的容值和并聯(lián)低ESR的陶瓷電容,就是通常用于減小輸入紋波電壓的兩種方法。

這是因為:

① BUCK電路的占空比 D=Vout/Vin,在 Vout 不變的條件下,會隨著輸入電壓 Vin 改變的;公式(3.171)中的 D*(1-D) 僅在 D=0.5 時取得最大值0.25,在 D 取其他值時,D*(1-D) 的大小是不固定的;

② 在降壓電路設計完成或者已經(jīng)工作之后,負載電流 I_OUT 的大小是由后端負載決定的。雖然實際降壓電路中負載電流 I_OUT 的大小會影響輸入紋波電壓的大小,但是并不能期望通過減小負載電流 I_OUT 這個參數(shù)來降低輸入紋波電壓。以,才有上述“負載電流 I_OUT 不變”的假設。

③ 在降壓電路設計完成或者已經(jīng)工作在CCM模式下之后,開關(guān)頻率 F_SW 這個參數(shù)也是固定的,無法通過增大 F_SW 的方法來減小輸入紋波電壓。

如果想通過增大 F_SW 減小輸入紋波電壓,則需要在電路設計時確認好環(huán)路響應等其他相關(guān)電路參數(shù)。但是,需要注意的是,開關(guān)頻率這個參數(shù)是開關(guān)電源中“牽一發(fā)而動全身”的參數(shù),在已經(jīng)工作良好的電源電路的基礎(chǔ)上,需要謹慎變更開關(guān)頻率這個參數(shù)。

3. 小結(jié)

此文,總結(jié)了實際應用中減小輸入紋波電壓的兩種方法:增大輸入端電容 C_IN 的容值、并聯(lián)低ESR的陶瓷電容。

另外,輸入電容在 PCB Layout 方面最優(yōu)的擺件方案是:

所有輸入電容盡量靠近輸入電源引腳、從遠到輸入電源引腳的電容值依次是從大到小(也就是先過濾低頻紋波,再過濾高頻紋波)。

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