不同開關穩壓器拓撲的噪聲特性

目前存在許多不同的開關穩壓器拓撲。有些拓撲應用十分廣泛，例如經典的降壓型轉換器，也稱為降壓轉換器。然而，也有一些少為人知的開關模式DC-DC轉換器，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、一個電感和兩個電容。它們都屬于非隔離式開關穩壓器；即，未進行電氣隔離的開關穩壓器。此類拓撲包括降壓轉換器、升壓轉換器和反相降壓-升壓拓撲。所有其他拓撲都需要額外的元件。例如，SEPIC轉換器還需要耦合電容和第二電感。除了非隔離式開關穩壓器外，還有一些穩壓器是通過變壓器來實現電氣隔離。

電路設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轉換器的框圖符號。頂部是非電氣隔離式DC-DC轉換器，底部是電氣隔離式轉換器。

圖1. 開關模式電源顯示為黑盒子

圖1中未體現端子的噪聲特性。不同的開關穩壓器拓撲在2端口網絡端子處具有不同的噪聲特性。圖2顯示適合工業應用的 ADP2441 通用降壓轉換器。它可以將24 V輸入電壓轉換為3.3V輸出電壓。采用這種拓撲時，可以看出，輸入側會產生脈沖電流，因此噪聲很大。當ADP2441上的高端開關導通時，電流流入端子A。當此開關關斷時，沒有電流流經節點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. 實際的開關穩壓器拓撲設計

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

例如，使用單獨的LC濾波器進行額外濾波，可以大幅減少開關穩壓器電路中的傳導噪聲。通過這種方式，可以避免出現表1中的高噪聲。然而，系統設計人員應清楚哪些DC-DC轉換器在哪些端子具有很高的噪聲。這樣，他們就可以預先考慮相應的濾波器，以及這些濾波器必須占用的額外空間。

作者

Frederik Dostal

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根-紐倫堡大學微電子學專業。他于2001年開始工作，涉足電源管理業務，曾擔任多種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責開關模式電源。他于2009年加入ADI公司，現擔任位于德國慕尼黑的ADI公司的電源管理現場應用工程師。