不同开关稳压器拓扑的噪声特性

时间:2020-07-02 11:50来源:Frederik Dostal,ADI 现场应用工程师

摘要:系统设计人员应清楚哪些DC-DC转换器在哪些端子具有很高的噪声。这样,他们就可以预先考虑相应的滤波器,以及这些滤波器必须占用的额外空间。

目前存在许多不同的开关稳压器拓扑。有些拓扑应用十分广泛,例如经典的降压型转换器,也称为降压转换器。然而,也有一些少为人知的开关模式DC-DC转换器,包括Zeta拓扑。这些拓扑分为基本拓扑和扩展拓扑。基本拓扑只使用两个开关、一个电感和两个电容。它们都属于非隔离式开关稳压器;即,未进行电气隔离的开关稳压器。此类拓扑包括降压转换器、升压转换器和反相降压-升压拓扑。所有其他拓扑都需要额外的元件。例如,SEPIC转换器还需要耦合电容和第二电感。除了非隔离式开关稳压器外,还有一些稳压器是通过变压器来实现电气隔离。

电路设计人员通常将电源视为黑盒子或4极元件。其具有两个输入线路和两个输出线路。图1所示为DC-DC转换器的框图符号。顶部是非电气隔离式DC-DC转换器,底部是电气隔离式转换器。

图1. 开关模式电源显示为黑盒子
 
图1中未体现端子的噪声特性。不同的开关稳压器拓扑在2端口网络端子处具有不同的噪声特性。图2显示适合工业应用的ADP2441通用降压转换器。它可以将24 V输入电压转换为3.3V输出电压。采用这种拓扑时,可以看出,输入侧会产生脉冲电流,因此噪声很大。当ADP2441上的高端开关导通时,电流流入端子A。当此开关关断时,没有电流流经节点A。但是,输出端C的噪声很小。其中,输出路径中的电感可确保输出端没有脉冲电流。

 
图2. 实际的开关稳压器拓扑设计
 
表1总结了开关稳压器基本噪声特性,为系统设计人员的概念设计提供了重要参考。表中列出了最常见的开关稳压器拓扑。第一行指示输入端(即2端口网络的端子A和B)的噪声水平高低。第二行指示相应拓扑的输出端(即2端口网络的端子C和D)噪声水平高低。表1显示了噪声水平的高低。


 
例如,使用单独的LC滤波器进行额外滤波,可以大幅减少开关稳压器电路中的传导噪声。通过这种方式,可以避免出现表1中的高噪声。然而,系统设计人员应清楚哪些DC-DC转换器在哪些端子具有很高的噪声。这样,他们就可以预先考虑相应的滤波器,以及这些滤波器必须占用的额外空间。
 
作者

 
 
Frederik Dostal
 
Frederik Dostal曾就读于德国埃尔兰根-纽伦堡大学微电子学专业。他于2001年开始工作,涉足电源管理业务,曾担任多种应用工程师职位,并在亚利桑那州凤凰城工作了4年,负责开关模式电源。他于2009年加入ADI公司,现担任位于德国慕尼黑的ADI公司的电源管理现场应用工程师。
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