减小开关稳压器在后段输出中的残留成份

设计师在后调开关式稳压器输出时会频繁使用线性稳压器。这种方法有很多好处，如可以改善稳定性、精度和瞬态响应，以及降低输出阻抗。理想情况下，显著降低开关稳压器产生的纹波与尖峰能获得这些性能上的好处。但在实际应用中，所有的线性稳压器都会遭遇纹波和尖峰的麻烦，特别当频率升高时。如果稳压器输入与输出电压差较小，则会进一步放大这种效应。这种情况很棘手，因为这种低压差正是保证效率的必要条件。

输入滤波电容可以在纹波与尖峰进入稳压器以前对它们进行平滑处理（图1）。输出电容在较高频率下保持低的输出阻抗，改进负载的瞬态响应，并为某些稳压器提供频率补偿。其它辅助作用还有减少噪声和防止输入端出现残余的人为扰动进入稳压器的输出端。即使很小幅度的高频成份也可以影响到对噪声敏感的视频、通信和其它类型的电路，所以要考虑这些人为干扰的效应。设计师会使用大量的电容，试图消除这些不希望出现的信号以及它们产生的影响。虽然这些信号很难对付，有时似乎什么招术都不起作用，但要做到控制它们，了解它们的起源和特性是关键。

开关稳压器交流输出成份

图 2 显示了一个开关稳压器的动态交流输出成份。它包括开关稳压器在时钟

频率（典型值从 100 kHz ~ 3 MHz）下的相对低频纹波，以及与电源开关过渡期间相关的高频“尖峰”成份。纹波的来源是开关稳压器产生的脉冲能量。滤波电容能将交流成份作平滑处理，但不会消除它们。尖峰经常带有频率可达 100 MHz的谐波成份，尖峰来源是开关稳压器中的高频、快速转换的功率元件。降低稳压器的重复速率和缩短过渡时间可以大大降低纹波和尖峰幅度，但磁性元件的体积就会增大，效率降低。用这种方法构建的电路可以显著降低谐波成份，但牺牲的是磁性元件的体积与电路效率（见网上参考文献1）。用同样的快速时钟和转换可以使用小型、高效的无源器件，但会向线性稳压器提供高频纹波与尖峰。

稳压器对纹波的抑制能力强于宽带尖峰。举个典型的应用实例，即 LT1763线性稳压器的抑制性能，它在 100 kHz 时有 40 dB 的衰减，而在 1 MHz 则降至约 25 dB（图3）。大多数的宽带尖峰会直接通过稳压器，而用于吸收尖峰的输出滤波电容也有高频性能的限制。高频寄生效应会导致稳压器和滤波电容不完美的频率响应，可见图 1 过于简单化。图4中包含了寄生条件和一些新元件显示强调高频寄生条件的稳压路径（图4）。区别这些条件非常重要，因为正是它们将纹波和尖峰传播至标称的稳压输出端。

另外，了解了寄生元件的效应就可以采用一种可以降低高频输出成份测量的策略。稳压器包含的高频寄生路径主要是容性的，路径跨越传输晶体管，并进入基准和稳压放大器。这些条件与固定的稳压器增益带宽一起限制了高频抑制性能。输入、输出滤波电容含有寄生电感和电阻，当频率上升时会降低它们的效率。杂散布局的电容会产生多余而有害的馈通路径。接地路径的电阻和电感会增大地电位差，增添误差并使测量更加复杂化。

现在还出现了一些通常情况下与线性稳压器无关的新元件。这些新增元件包括在稳压器的输入、输出线路上的铁氧体磁珠或电感。这些元件有它们自己的高频寄生路径，但可以显著改善稳压器整体的高频抑制性能（见网上附文“铁氧体磁珠的真相”）。

建立一个纹波/尖峰仿真器

要了解这个问题，先要观察稳压器在多种条件下对纹波和尖峰的响应。此时应该单独改变纹波与尖峰参数，包括它们的频率、谐波成份、波幅、持续时间以及直流电平。这一功能是多变的，不同电路情况要进行实时优化和敏感性分析。虽然对实际开关稳压器驱动条件下线性稳压器性能的观察尚没有可以替代的办法，但硬件仿真器可以降低出现意外可能发生的情况（见网上图5）。它可以用独立可设置的 DC、纹波和尖峰参数来仿真一个开关稳压器的输出。

该设计将一个现成的商用函数发生器与两个并联的信号路径组合构成的电路。它在一个相对较慢的路径上传输 DC 和纹波，而通过一个快速路径处理宽带尖峰信息。两个路径汇合在线性稳压器的输入端。函数发生器可设置谐波输出（见网上图6中的迹线A）提供DC/纹波路径，包括功率放大器IC1 和相关元件构成。IC1接收谐波输入和直流偏置信息，驱动待测稳压器。L1 和1Ω电阻使IC1在纹波频率下稳定地驱动稳压器。

函数发生器的脉冲同步输出（见网上图6迹线B）是产生宽带尖峰的根源。放大器IC2区别出输出的边沿（迹线C），并馈送给双极比较器IC3A和IC3B。比较器的输出尖峰（迹线D和E）与谐波转折点同步。通过1kΩ电位计将互补直流阈值电势加到IC3A和 IC3B，并且IC2控制尖峰的宽度。二极管门限以及并联的逻辑反相将迹线F呈现给尖峰幅度控制。跟随器Q1 将尖峰和 IC1的DC/纹波路径加在一起，形成线性稳压器的输入（迹线G）。

对线性稳压器抑制能力的评估

见网上图 5 中的电路可以帮助对线性稳压器高频抑制能力做出评估。