輸出電壓紋波是開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器的一個重要參數(shù)。某些負載對供電的電壓紋波非常敏感，而某些Vcore對供電電壓的要求很高，需滿足嚴格的容受范圍。準確測量紋波不容易，特別是對于高頻開關(guān)式電源轉(zhuǎn)換器。

本文將解釋DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出紋波，并提供有用的設計技巧，以獲得更準確的測量結(jié)果。

/ 技巧1：檢查設備和環(huán)境雜訊 /

在進行紋波測量之前，需要進行一次環(huán)境檢查。將測量探頭尖端連接到探頭的地線，然后將其放置在實驗室桌上，如下圖1所示。設置示波器為最大頻寬，并確保具有足夠的采樣率。

圖1(1) 在LED燈開啟的狀態(tài)下進行的測量，顯示出21mVpp的開關(guān)雜訊（10:1探頭，500MHz頻寬）

圖1(2) 在LED燈關(guān)閉的狀態(tài)下進行的測量，開關(guān)雜訊降低至10mVpp（10:1探頭，500MHz頻寬）

/ 技巧2：了解可能期望的紋波信號種類 /

在進行紋波測量時，了解可預期的情況也是有幫助的，因此在將示波器連接到您的電路板之前，進行一些紋波計算或模擬是一個好方式。

(1) 連續(xù)導通模式 (CCM) 輸出紋波

對于降壓轉(zhuǎn)換器（圖2），在連續(xù)導通模式 (CCM) 中，橫跨輸出電容器的輸出紋波是由于流經(jīng)輸出電容器的電感紋波電流引起的。

由于電容器電壓是電容器電流的積分，而在CCM中的電感紋波電流是一個三角波形，因此在CCM中的純電容器紋波電壓由正負的拋物線電壓組成，如下圖3所示。

電感紋波電流 DIL 可以從以下公式計算：

輸出電容器紋波電壓可以從以下公式計算：

這適用于低ESR的多層陶瓷電容MLCC。

如果輸出電容器有一些等效串聯(lián)電阻 (ESR)，紋波電壓將會增加，公式：

在使用MLCC電容時，需確保在進行計算時，考慮直流偏壓DC，以獲得有效電容值。

從公式中可以看出，負載電流不在其中。這意味著在降壓轉(zhuǎn)換器保持在連續(xù)導通模式 (CCM) 時，輸出紋波電壓不會隨著負載電流的變化而改變。

(2) 脈沖跳躍模式 (PSM) 輸出紋波

立锜的降壓轉(zhuǎn)換器系列通常有一個在輕載條件下運行于脈沖跳躍模式 (PSM) 的版本。

當負載電流減少到某個值時，電感紋波電流谷值將達到零。具有PSM模式的零件將開始在二極管仿真模式下工作，這意味著低端 (low-side) MOSFET只會在電感電流的正部分開啟。

在電感電流變?yōu)樨撝禃r，高端 (high-side) 和低端MOSFET都將關(guān)閉，并且開關(guān)波形將顯示出一些阻尼振鈴 (damped ringing)，這是由電感和開關(guān)節(jié)點的寄生電容的共振引起的。

在輸出放電的同時，轉(zhuǎn)換器將保持在這種低Iq休眠模式中。一旦反饋電壓達到PSM電壓參考閾值，PWM會開啟一段時間TON（見圖4）。

圖4

在輕載條件下的操作中，輸出電壓將在TON和TOFF期間由正三角形電流充電，并在TSLEEP時間內(nèi)由負載電流緩慢放電，此時兩個MOSFET都關(guān)閉。

在PSM模式下的輸出電壓紋波可以通過以下方式進行估算：

對于ACOT®轉(zhuǎn)換器，在PSM模式下的ON時間類似于CCM模式下的ON時間：

電流模式轉(zhuǎn)換器通常在PSM期間設定一定的電感峰值電流：

PSM輸出紋波幅度取決于負載電流：當負載增加時，紋波幅度將減小，因為負載電流在TON + TOFF期間也會放電電容器。上述公式適用于非常輕（實際上為零）的負載和單次TON的PSM。

未完待續(xù)...

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