輸入旁路電容器和輸出電容器在所有降壓轉(zhuǎn)換器中扮演著截然不同的角色——無論是否同步。但在大電流、多相應(yīng)用中，對(duì)類似角色的錯(cuò)誤假設(shè)會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)性能。許多設(shè)計(jì)人員認(rèn)真努力使兩組電容器盡可能靠近主電源開關(guān)或集成轉(zhuǎn)換器。

在降壓轉(zhuǎn)換器中，最高和最快的開關(guān)電流出現(xiàn)在由輸入電容器、高端降壓 FET 和低端二極管或同步整流器組成的環(huán)路中。至關(guān)重要的是，所有這 3 個(gè)元件都創(chuàng)建了最短的環(huán)路，以最大限度地減少開關(guān)元件上的高頻 (50-200 MHz) 輻射噪聲和峰值電壓。在多相應(yīng)用中，對(duì)于每一相來說，開關(guān)元件和輸入旁路電容器都必須創(chuàng)建可行的最小環(huán)路。然而，功率級(jí)本身可以出于散熱目的而在一定程度上分散開來，只要每個(gè)級(jí)都將其輸入電容器保持在附近。

當(dāng)電流以每納秒幾安培的速度切換時(shí)，輸入電容器與功率級(jí)之間的任何距離都會(huì)導(dǎo)致大量的輻射發(fā)射并增加開關(guān)本身的電壓應(yīng)力。

另一方面，來自功率級(jí)的電流被輸出電感器顯著平滑，使得電流與時(shí)間的最大變化通常小于1/100在輸入電容器中。這表示給定電流環(huán)路的峰值場(chǎng)強(qiáng)降低了 40 dB 以上。輸出電容器的主要目的是減少負(fù)載接口處的紋波，并在負(fù)載瞬態(tài)的情況下為負(fù)載提供低源阻抗。功率級(jí)和輸出電容器之間的雜散電感不會(huì)破壞此功能。功率級(jí)和輸出電容之間路徑中的任何雜散電感都會(huì)被添加到主輸出電感的電感中。只有當(dāng)路徑電感占主電感的很大比例時(shí)，才會(huì)在相位之間的電流平衡中看到任何可測(cè)量的效果。因此，輸出電容器與功率級(jí)的接近程度并不重要。

輸出電容器的關(guān)鍵在于它們能夠消除相位之間的紋波，以減少峰峰值紋波。這些電容器需要彼此相鄰并在一個(gè)區(qū)域中才能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。早期的多相布局(我的和其他的)每個(gè)相的輸出電容器都靠近功率級(jí)。在測(cè)量這些輸出電容器的紋波時(shí)，我發(fā)現(xiàn)它比預(yù)期的要高得多，并且處于每個(gè)相位的開關(guān)頻率，而不是預(yù)期的開關(guān)頻率乘以相數(shù)。這是因?yàn)橄嚅g路徑的電感迫使每相的紋波電流主要流向最接近該相的電容器。

在我做的早期設(shè)計(jì)中，我在每相上都有電容器組，在 300 kHz(開關(guān)頻率)下具有 3 毫歐阻抗。通過良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐，相之間的一英寸路徑可以減少到大約 1 nH。在 300 kHz 時(shí)，1 nH 為 2 毫歐阻抗，從而破壞了輸出端開關(guān)頻率基波的假定抵消。對(duì)于多于兩相的設(shè)計(jì)，其中包含在電感器電流鋸齒中的 300 kHz 開關(guān)頻率的諧波也被假定為被消除，增加的電感阻抗甚至更差。例如，對(duì)于 4 個(gè)相位，每個(gè)相位為 300 kHz，所有低于 1200 kHz 的諧波都需要被消除。

另一方面，由于輸出電容器都在一個(gè)區(qū)域中，增加的路徑電感會(huì)被添加到每相的主電感的電感中。然而，這個(gè) 1 到 5 nH 的電感遠(yuǎn)小于這些主電感的值，甚至遠(yuǎn)低于這些電感的容差。因此，路徑長(zhǎng)度不平衡的影響將明顯小于電感容差引起的不平衡。

6 相 PMBus 電源參考設(shè)計(jì)PMP9738就是一個(gè)很好的電容布局示例。輸出電容器位于電路板的頂部和底部，以保持它們靠近。從測(cè)試報(bào)告第 2 頁上的動(dòng)態(tài)階躍負(fù)載響應(yīng)波形來看，即使在 250A 負(fù)載下，開關(guān)頻率紋波也遠(yuǎn)低于 10 mV 峰峰值。

下面是先前 6 相設(shè)計(jì)的輸出紋波，具有相同的控制器和功率級(jí)，每個(gè)相都有自己的電容器。每個(gè)相位以 600 kHz 運(yùn)行。紋波處于相同頻率且超過 20 mV pp。

現(xiàn)在PMP9738具有相同的 6 個(gè)相位，每個(gè)相位都處于較低的 300 kHz 以提高效率：紋波現(xiàn)在低于 7mV pp。但是，即使所有電容器都靠在一起，消除也不是完美的。實(shí)際上，當(dāng)輸出紋波低于 10 mV pp 時(shí)，將相數(shù)增加到 3 以上并不會(huì)進(jìn)一步降低紋波，因?yàn)閮H啟用 3 到 5 相的輸出顯示出類似的紋波。

將輸出電容器保持在一起可以顯著降低輸出紋波，即使在使用較低開關(guān)頻率來提高效率時(shí)也是如此。