怎樣降低Buck轉換器的PSM紋波？

2021 年的時候寫過一篇文章——《 PWM 和 PSM 模式的區別 》，它以最高工作電壓為 17V 的 ACOT 架構 Buck 轉換器 RT6252A/B 為例對 Buck 轉換器的 PWM 和 PSM 模式進行了比較，剛剛有讀者在該文章下留言，希望談談如何降低 PSM 模式下的紋波，其工作條件是 48V 轉 5V 給 MCU 供電，所以我就以 RT6363 為例來談談這個問題。

RT6363 是最高工作電壓可以到 60V 的 Buck 轉換器，負載能力為 3.5A，與之同系列的器件分別可以提供 0.5A-5A 的負載能力，同時還有工業級和汽車級的型號可供用戶使用，覆蓋的應用范圍非常廣泛，我記得自己針對該系列器件寫過很詳細的使用說明，內容全部來自規格書，但融入了自己的理解，感興趣的讀者可以去找來看看。

RT6363 的規格書包含了決定紋波幅度的各種信息，理解它們以后就能得到降低 PSM 紋波的方法，下面我就演示一下要如何做。

如果你對 PSM 的工作形態不太了解，RT6363 規格書中的這幅圖可以拿來參考：

圖中的兩個波形，綠色的是開關節點的電壓波形，黃色的是輸出電壓紋波的波形。 PSM 模式下的開關動作是斷續的，僅在輸出電壓低于預設電壓的時候才會有動作，其他時間就處于靜默狀態以減低消耗。 輸出電壓紋波是與開關動作對應的，動作過程會造成輸出電壓的上升，不動的時候輸出電壓就會慢慢下降。 開關動作連續發生的數量與負載大小有關，也與每個開關動作能夠將輸入端的能量轉移到輸出端的多少有關。 如果負載和輸入都非常穩定，控制回路的穩定性也很好，每次開關啟動后連續動作的次數也基本相同。 下圖是 PWM 模式的對應波形圖，讀者可以對照著比較一下它們的差異。

比較兩幅圖可以發現 PSM 模式下的輸出紋波比 PWM 模式下的輸出紋波還要小，但這是 RT6363 的特性，并非每個 Buck 器件都是如此。

現在開始探討決定紋波大小的因素，首先從規格書里找到輸出紋波的計算公式，它位于輸出電容選型說明這一段內容里：

輸出電容的選擇取決于你對輸出紋波和負載瞬變特性的需求，圖中 ΔVOUT計算公式的第二個因子由 ESR 和 1/(8*fSW*COUT) 的和構成，其中的 ESR 和 COUT都是關于輸出電容的參數，ESR 是其串聯等效電阻，COUT是其電容量，要想 ΔVOUT最小化，只要使 ESR 最小化、COUT最大化即可。以我對常用電容的特性的了解來看，能兼具這兩個特性的電容就是陶瓷電容，把多顆容量很大的陶瓷電容并聯起來使用就是最好的做法。

上述因子中的另一個可變量是 fSW，其大小在 PWM 模式下比較重要，其值越大則紋波越小，因為隨著周期的縮短，電感電流在每個周期里的增減幅度變小了，但 PSM 模式下就沒有多大影響，因為 RT6363 在此模式下總是以最短導通時間工作，電感電流通常在每個周期里都是會回到 0 ，這個信息在下面對輕載狀態的工作說明里有涉及：

RT6363 的最短導通時間參數為

最大值為 135ns，具體到每顆 IC 就會有小于或等于它的某個值，反正都是固定的，我們把它定義為TON，結合電感電流在上橋導通期間的增量計算公式：

最后發現還能影響 ΔIL大小的就是電感量 L，它越大則電感電流增量越小，對應的就是輸出電壓紋波越小。

總結起來就三點，一是要選用最短導通時間盡可能短的 Buck 轉換器（不是每個 Buck 器件都像 RT6363 這樣設計的），二是使用盡可能大的電感，三是使用串聯等效電阻低、容量大的輸出電容。當Buck 器件已經選定的時候，能在設計中做調整的就是電感量和電容量了。需要注意的是電感和電容都屬于 Buck 控制回路中的滯后元件，大電容和大電感的使用會帶來穩定性的提高，相應的響應速度就降低了，補償電路的參數要進行有針對性的設計，這部分內容可在 RT6363 規格書的應用說明部分里找到，設計時一定要去認真閱讀并進行相應的計算，以便你的設計能有最好的調節特性。

RT636x 系列器件的特性與 RT6363 幾乎都是一樣的，所以本文所述內容也同樣適用于它們。需要參考 RT6363 規格書的讀者可點擊文末閱讀原文以快速找到它，其他型號就要請用瀏覽器進入立錡網站查詢了。

審核編輯：湯梓紅