【世說設(shè)計】設(shè)計電路當(dāng)然要“知己知彼”，開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲的噪聲特性大起底~

時間：2020-07-08 01:41:02

關(guān)鍵字：電路拓撲開關(guān)穩(wěn)壓器

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[導(dǎo)讀]目前存在許多不同的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲。有些拓撲應(yīng)用十分廣泛，例如經(jīng)典的降壓型轉(zhuǎn)換器，也稱為降壓轉(zhuǎn)換器。然而，也有一些少為人知的開關(guān)模式DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括Zeta拓撲。這些拓撲分為基本拓撲和擴展拓撲，基本拓撲只使用兩個開關(guān)、一個電感和兩個電容。它們都

【世說設(shè)計】設(shè)計電路當(dāng)然要“知己知彼”，開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲的噪聲特性大起底~

目前存在許多不同的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲。有些拓撲應(yīng)用十分廣泛，例如經(jīng)典的降壓型轉(zhuǎn)換器，也稱為降壓轉(zhuǎn)換器。然而，也有一些少為人知的開關(guān)模式DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括Zeta拓撲。這些拓撲分為基本拓撲和擴展拓撲，基本拓撲只使用兩個開關(guān)、一個電感和兩個電容。它們都屬于非隔離式開關(guān)穩(wěn)壓器；即未進行電氣隔離的開關(guān)穩(wěn)壓器。此類拓撲包括降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器和反相降壓-升壓拓撲。所有其他拓撲都需要額外的元件。例如，SEPIC轉(zhuǎn)換器還需要耦合電容和第二電感。除了非隔離式開關(guān)穩(wěn)壓器外，還有一些穩(wěn)壓器是通過變壓器來實現(xiàn)電氣隔離。

電路設(shè)計人員通常將電源視為黑盒子或4極元件。其具有兩個輸入線路和兩個輸出線路。圖1所示為DC-DC轉(zhuǎn)換器的框圖符號。頂部是非電氣隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器，底部是電氣隔離式轉(zhuǎn)換器。

【世說設(shè)計】設(shè)計電路當(dāng)然要“知己知彼”，開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲的噪聲特性大起底~

圖1. 開關(guān)模式電源顯示為黑盒子。

圖1中未體現(xiàn)端子的噪聲特性。不同的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲在2端口網(wǎng)絡(luò)端子處具有不同的噪聲特性。圖2顯示適合工業(yè)應(yīng)用的ADP2441通用降壓轉(zhuǎn)換器。它可以將24 V輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V輸出電壓。采用這種拓撲時，可以看出，輸入側(cè)會產(chǎn)生脈沖電流，因此噪聲很大。當(dāng)ADP2441上的高端開關(guān)導(dǎo)通時，電流流入端子A。當(dāng)此開關(guān)關(guān)斷時，沒有電流流經(jīng)節(jié)點A。但是，輸出端C的噪聲很小。其中，輸出路徑中的電感可確保輸出端沒有脈沖電流。

圖2. 實際的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲設(shè)計。

表1總結(jié)了開關(guān)穩(wěn)壓器基本噪聲特性，為系統(tǒng)設(shè)計人員的概念設(shè)計提供了重要參考。表中列出了最常見的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲。第一行指示輸入端（即2端口網(wǎng)絡(luò)的端子A和B）的噪聲水平高低。第二行指示相應(yīng)拓撲的輸出端（即2端口網(wǎng)絡(luò)的端子C和D）噪聲水平高低。表1顯示了噪聲水平的高低。

表1. 常用開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲及其輸入和輸出端噪聲特性概覽

例如，使用單獨的LC濾波器進行額外濾波，可以大幅減少開關(guān)穩(wěn)壓器電路中的傳導(dǎo)噪聲。通過這種方式，可以避免出現(xiàn)表1中的高噪聲。然而，系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)清楚哪些DC-DC轉(zhuǎn)換器在哪些端子具有很高的噪聲。這樣，他們就可以預(yù)先考慮相應(yīng)的濾波器，以及這些濾波器必須占用的額外空間。

ADP2441

寬輸入電壓范圍：4.5 V至36 V
最短導(dǎo)通時間：50 ns
最大負載電流：1 A
高效率：最高可達94%
可調(diào)節(jié)輸出：最低至0.6 V
輸出電壓精度：±1%
可調(diào)節(jié)開關(guān)頻率：300 kHz至1 MHz
低負載下的脈沖跳躍模式，節(jié)約電源
精密使能輸入引腳
開漏電源良好指示
帶跟蹤功能的外部軟啟動
過流限制保護

原文出自亞德諾半導(dǎo)體

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