POL調(diào)節(jié)器中的輸入紋波和噪聲的來(lái)源是什么?

POL調(diào)節(jié)器上的輸入濾波器可發(fā)揮兩項(xiàng)重要的作用，一個(gè)作用是防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾到達(dá)電力線和影響其它設(shè)備，第二個(gè)作用是保護(hù)轉(zhuǎn)換器及其負(fù)載以避免輸入電壓中出現(xiàn)的瞬變，從而提高系統(tǒng)可靠性。因此，輸入電容器對(duì)于調(diào)節(jié)器的正確運(yùn)作及最大限度地減少來(lái)自開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的噪聲排放至關(guān)重要。

愛(ài)立信POL調(diào)節(jié)器通過(guò)使用如圖1所示的非隔離型同步降壓拓?fù)鋪?lái)實(shí)現(xiàn)。在降壓功率級(jí)的正常運(yùn)作期間，QH和QL交替開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)次數(shù)由具有固定頻率PWM方案的控制電路來(lái)管理。由于輸出端的電感器/電容器組合作用，用于降壓功率級(jí)的輸出電流變得平滑。但是，由于在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中功率開(kāi)關(guān)QH電流從零至全負(fù)載進(jìn)行脈動(dòng)，使得用于降壓功率級(jí)的輸入電流是脈動(dòng)或形成斬波。對(duì)于調(diào)節(jié)器的正確運(yùn)作及最大限度地減少來(lái)自開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器的噪聲排放，輸入電容器顯然是至關(guān)重要的。
?

圖1 降壓轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化原理圖和輸入波形

許多應(yīng)用使用了相當(dāng)傳統(tǒng)的中間總線架構(gòu)(IBA)，如圖2所示。在IBA中，電路板級(jí)中間總線轉(zhuǎn)換器(IBC)為多個(gè)POL調(diào)節(jié)器饋送電力，這些調(diào)節(jié)器的位置接近負(fù)載電路，并且提供最終運(yùn)作電壓。所有這些開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器在公用DC輸入總線產(chǎn)生紋波和噪聲，應(yīng)當(dāng)加以抑制。如果未有濾波，調(diào)節(jié)器的輸入紋波和噪聲可以達(dá)到足夠高的水平，干擾使用同一電源供電的其它設(shè)備。除了POL轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的輸入紋波和噪聲之外，IBC也具有自己的輸出電壓紋波和噪聲。

圖 2 在IBA中電路板級(jí)IBC為多個(gè)POL調(diào)節(jié)器饋送電力

因此，POL調(diào)節(jié)器上的輸入濾波器可發(fā)揮兩項(xiàng)重要的作用，一個(gè)作用是防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾到達(dá)電力線和影響其它設(shè)備，第二個(gè)作用是保護(hù)轉(zhuǎn)換器及其負(fù)載以避免輸入電壓中出現(xiàn)的瞬變，從而提高系統(tǒng)可靠性。

因此，POL調(diào)節(jié)器中的輸入紋波和噪聲的來(lái)源是什么?如何更好地設(shè)計(jì)輸入濾波器來(lái)緩減其發(fā)生?

穩(wěn)定性

在輸入端增添一個(gè)具有衰減特性足夠良好能夠滿足噪聲和紋波規(guī)范要求的濾波器，如果輸入濾波器僅由電容器(C)構(gòu)成，穩(wěn)定性不是問(wèn)題。如果輸入濾波器還包括電感器(LC)，則必需檢查穩(wěn)定性：因?yàn)檩斎霝V波器改變了調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)。輸出阻抗在某些頻率范圍可能變大，可能表現(xiàn)出共振，使得音頻的敏感性可能會(huì)降低。問(wèn)題在于LC輸入濾波器可能影響轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，通常會(huì)減低調(diào)節(jié)器的性能。

輸入濾波器設(shè)計(jì)中一個(gè)重要但常常被忽視的方面，就是要滿足Middlebrook規(guī)范。根據(jù)這項(xiàng)規(guī)范，如果輸入濾波器的輸出阻抗曲線遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于輸入阻抗曲線，那么輸入濾波器便不會(huì)顯著改動(dòng)轉(zhuǎn)換器環(huán)路增益，如公式1所示：

換句話說(shuō)，為了避免振蕩，關(guān)鍵在于確保濾波器的峰值輸出阻抗Zo,Filter保持低于其輸入阻抗 Zi,POL。如圖3所示，POL調(diào)節(jié)器經(jīng)設(shè)計(jì)為負(fù)載提供恒定電壓，(幾乎)與負(fù)載電流無(wú)關(guān)。因此，調(diào)節(jié)器在控制器帶寬范圍內(nèi)的最小輸入阻抗Zi,POL,min如公式2計(jì)算所得：