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开关式电压调节器与线性调节器的比较 开关式电压调节器通常优于线性调节器，因为它们更高效，而开关拓扑结构则十 分依赖输入滤波器。这种电路元件与电源的典型负动态阻抗相结合，可以诱发振 荡问题。本文将阐述如何避免此类问题的出现。 一般而言，所有的电源都在一个给定输入范围保持其效率。因此，输入功率 1 或多或少地与输入电压水平保持恒定。图 显示的是一个开关电源的特征。随着 电压的下降，电流不断上升。 1 图 开关电源表现出的负阻抗 负输入阻抗 电压-电流线呈现出一定的斜率，其从本质上定义了电源的动态阻抗。这根 线的斜率等于负输入电压除以输入电流。也就是说，由 Pin = V·I，可以得出 V=Pin/I；并由此可得 dV/dI=–Pin/I2 或 dV/dI≈–V/I。 该近似值有些过于简单，因为控制环路影响了输入阻抗的频率响应。但是很 多时候，当涉及电流模式控制时这种简单近似值就已足够了。 为什么需要输入滤波器 开关调节器输入电流为非连续电流，并且在输入电流得不到滤波的情况下 2 其会中断系统的运行。大多数电源系统都集成了一个如图 所示类型的滤波器。 电容为功率级的开关电流提供了一个低阻抗，而电感则为电容上的纹波电压提供 了一个高阻抗。该滤波器的高阻抗使流入源极的开关电流最小 化。在低频率时， 该滤波器的源极阻抗等于电感阻抗。在您升高频率的同时，电感阻抗也随之增加。 在极高频率时，输出电容分流阻抗。在中间频率时，电感和电容 实质上就形成 了一种并联谐振电路，从而使电源阻抗变高，呈现出较高的电阻。 大多数情况下，峰值电源阻抗可以通过首先确定滤波器 (Zo) 的特性阻抗来 估算得出，而滤波器特性阻抗等于电感除以电容所得值的平方根。这就是谐振下 电感或者电容的阻抗。接下来，对电容的等效串联电阻 (ESR) 和电感的电阻求 Q Zo Q 和。这样便得到电路的 值。峰值电源阻抗大约等于 乘以电路的 值。 图2 谐振时滤波器的高阻抗和高阻性 振荡 但是，开关的谐振滤波器与电源负阻抗耦合后会出现问题。图3显示的是在 一个电压驱动串联电路中值相等、极性相反的两个电阻。这种情况下，输出电压 趋向于 无穷大。当您获得由谐振输入滤波器等效电阻所提供电源的负电阻时， 您也就会面临一个类似的电源系统情况；这时，电路往往就会出现振荡。 3 图 与其负阻抗耦合的开关谐振滤波器可引起不必要的振荡 设计稳定电源系统的秘诀是保证系统电源阻抗始终大大小于电源的输入阻 抗。我们需要在最小输入电压和最大负载(即最低输入阻抗)状态下达到这一目 标。 在前面，我们讨论了输入滤波器的源极阻抗如何变得具有电阻性，以及其 如何同开关调节器的负输入阻抗相互作用。在极端情况下，这些阻抗振幅可以相 等，但是 其符号相反从而构成了一个振荡器。业界通用的标准是输入滤波器的 源极阻抗应至少比开关调节器的输入阻抗低 6dB，作为最小化振荡概率的安全 裕度。 输入滤波器设计通常以根据纹波电流额定值或保持要求选择输入电容（图 ４所示 CO）开始的。第二步通常包括根据系统的 EMI 要求选择电感 (LO)。 正如我们上个月讨论的那样，在谐振附近，这两个组件的源极阻抗会非常高，从 而导致系统不稳定。图 ４描述了一种控制这种阻抗的方法，其将串联电阻 (RD) 和电容 (CD) 与输入滤波器并联放置。利用一个跨接 CO 的电阻，可以阻尼滤 波器。但是，在大多数情况下，这样做会导致功率损耗过高。另一种方法是在滤 波器电感的两端添加一个串联连接的电感和电阻。 CD RD 图４ 和 阻尼输出滤波器源极阻抗 选择阻尼电阻