如何降低电源纹波的理论分析

一 理论分析

在开关电源中，影响纹波的因素有很多，包括开关频率，续流电感，滤波电容，输入输出电压，电源负载，环境温度等。这些因素中对电源纹波的影响可能是相互加强也有可能是相互削弱，需要综合考虑各方面的因素才能将纹波值降下来。而对于常用的电源芯片，芯片厂家都会给出这些影响因素的理论分析，通过这些分析可以找出纹波最主要的影响因素。

通过下面的分析，可以看到纹波产生的影响因素有哪些：

在开关电源中，输出电压经过PWM波进行斩波后，经过电感进行续流，在这个过程中产生一个脉动电流，再经过电容滤波后对电压进行平滑，于是脉动电流在输出电容的ESR上产生一个纹波电压，同时脉动电流经过输出电容的充放电也会形成一个纹波电压。

图1：脉动电流与纹波电压的关系图

通过上图可以看出，纹波电压由两部分组成，一部分是脉动电流在输出电容ESR上产生的ΔVout-esr，另一部分是脉动电流在输出电容充放电过程中产生的ΔVout-c。由于这两部分纹波电压并不完全同相，因此总的纹波电压值要小于两部分的代数和。那么如果要降低纹波电压就需要从如何降低这两部分纹波电压入手。

在图1中可以定性的看出纹波电压的组成，但是这足以得出如何改变电路参数来降低纹

波电压值，还需要定量的计算脉动电流和纹波电压的值：

1）脉动电流峰峰值，式一：

需要注意的是，此式中的占空比D在输出电压低于1.2V，输出电流大于3A的情况下，需要考虑片内MOSFET和片外电感的损耗，其计算公式近似为：

2）输出电容ESR上产生的纹波电压，式二：

3）输出电容充放电产生的纹波电压，式三：

通过上面所列出的三个公式可以得出下面的几个结论：

1）增大开关频率，增大续流电感可减小脉动电流；

2）在输出电压一定的情况下，减小输入电压可减小脉动电流；

3）减小输出电容的ESR值，可减小纹波电压；

4）增大输出电容值可减小纹波电压。

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