BUCK電路減小輸入紋波電壓的方法

1. 簡介

BUCK電路輸入紋波電壓的計算公式和最大值中分析了BUCK電路輸入紋波電壓的表達式如下所示：

其中，C_IN 是輸入電容[F]，ESR_CIN 是輸入電容的等效串聯電阻參數[Ω]，F_SW 是開關頻率[Hz]，I_OUT 是負載電流[A]，D 是降壓電路CCM模式下的占空比[無量綱]。

此文，我們將基于上述公式(3.171)，分析總結BUCK電路減小輸入紋波電壓的方法。

2. 減小輸入紋波電壓的方法

基于輸入紋波電壓公式(3.171)可知：

1）在D、 I_OUT 不變的情況下，?V_CIN 與 ESR_CIN 成正比關系；

2）在D、 I_OUT 不變的情況下，?V_CIN 與 C_IN 成反比關系；

3）在D、 I_OUT 不變的情況下，?V_CIN 與 F_SW 成反比關系。

所以，理論上，減小 ESR_CIN 、增大 C_IN 和 F_SW ，都可以減小BUCK電路輸入紋波電壓的大小。

如果輸入端使用了大容量的電解電容（通常具有較大的ESR），可以并聯ESR較小的陶瓷電容，以達到減小輸入端整體ESR，從而減小輸入紋波電壓的目的。所以，實際上，增大輸入端電容 C_IN 的容值和并聯低ESR的陶瓷電容，就是通常用于減小輸入紋波電壓的兩種方法。

這是因為：

① BUCK電路的占空比 D=Vout/Vin，在 Vout 不變的條件下，會隨著輸入電壓 Vin 改變的；公式(3.171)中的 D*(1-D) 僅在 D=0.5 時取得最大值0.25，在 D 取其他值時，D*(1-D) 的大小是不固定的；

② 在降壓電路設計完成或者已經工作之后，負載電流 I_OUT 的大小是由后端負載決定的。雖然實際降壓電路中負載電流 I_OUT 的大小會影響輸入紋波電壓的大小，但是并不能期望通過減小負載電流 I_OUT 這個參數來降低輸入紋波電壓。所以，才有上述“負載電流 I_OUT 不變”的假設。

③ 在降壓電路設計完成或者已經工作在CCM模式下之后，開關頻率 F_SW 這個參數也是固定的，無法通過增大 F_SW 的方法來減小輸入紋波電壓。

如果想通過增大 F_SW 減小輸入紋波電壓，則需要在電路設計時確認好環路響應等其他相關電路參數。但是，需要注意的是，開關頻率這個參數是開關電源中“牽一發而動全身”的參數，在已經工作良好的電源電路的基礎上，需要謹慎變更開關頻率這個參數。

3. 小結

此文，總結了實際應用中減小輸入紋波電壓的兩種方法：增大輸入端電容 C_IN 的容值、并聯低ESR的陶瓷電容。

另外，輸入電容在 PCB Layout 方面最優的擺件方案是：所有輸入電容盡量靠近輸入電源引腳、從遠到輸入電源引腳的電容值依次是從大到?。ㄒ簿褪窍冗^濾低頻紋波，再過濾高頻紋波）。