降低電容的最好方法是想辦法最小化輸出電容的數(shù)量。本文接下來將介紹減少輸入電容的策略方法，然后介紹降低旁路電容要求，以及，在一定程度上，減少輸入電容的解決方案。

圖2.典型降壓穩(wěn)壓器使用的電容。

新增開關(guān)頻率，以降低輸出電容

圖3a顯示的是典型的電流模式降壓變換器的框圖，下部電路區(qū)域表示反饋回路和補償電路。

反饋回路的特性如圖3b所示?；芈吩鲆鏋?dB（增益=1）時的頻率被稱為交越頻率（fC）。交越頻率越高，穩(wěn)壓器的負載階躍響應(yīng)性能越出色。例如，圖4顯示的是支持負載電流從1A快速新增到5A的穩(wěn)壓器的負載階躍響應(yīng)。所示結(jié)果對應(yīng)的交越頻率為20kHz和50kHz，分別導(dǎo)致60mV和32mV壓降。

圖3.典型降壓穩(wěn)壓器（a）的框圖和典型的反饋特性（b）。

圖4.比較采用兩種交越頻率時，降壓穩(wěn)壓器的負載階躍響應(yīng)。

從表面上看，提高交越頻率似乎是個簡單方法：可以通過最小化輸出壓降來改善負載階躍響應(yīng)，從而減少輸出電容數(shù)量。但是，提高交越頻率會導(dǎo)致兩個問題。第一，要保證反饋回路具備足夠的相位裕量，以防止振蕩。一般來說，采用該交越頻率時，要45°或更高（最好是60°或以上）的相位裕量。

第二，要注意開關(guān)頻率（fSW）和fc之間的關(guān)系。假如它們的幅度相當，負反饋會響應(yīng)輸出電壓波紋，從而影響到穩(wěn)定運行。作為一項指導(dǎo)，可以將交越頻率設(shè)置為開關(guān)頻率的1/5（或更低），如圖5所示。

圖5.假如開關(guān)頻率和控制回路交越頻率太過接近，負反饋可能響應(yīng)輸出電壓波紋。最好是讓交越頻率低于開關(guān)頻率1/5。

要新增交越頻率，要同時新增開關(guān)頻率，但是，這會導(dǎo)致頂部和底部FET的開關(guān)損耗新增，會降低轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)生更多熱量。在電容上實現(xiàn)的節(jié)省會因為新增散熱元件帶來的復(fù)雜性抵消：比如鰭狀散熱器、風扇或額外的板空間。

是否能夠在高頻率下保持高效率？答案是肯定的。使用ADI公司供應(yīng)的powerbyLinear?穩(wěn)壓器IC就可以達到這種效果，這些穩(wěn)壓器IC采用獨特的FET控制功能，在更高開關(guān)頻率下也能保持高效率（圖6）。

例如，LT8640S6A輸出降壓穩(wěn)壓器在操作頻率為2MHz時（12V輸入和5V輸出），在整個負載范圍內(nèi)（0.5A至6A）能保持高于90%的效率。

這個穩(wěn)壓器也可以通過減少電流波紋（ΔIL）來降低電容要求，從而降低輸出波紋電壓（ΔVOUT），如圖7所示?；蛘?，使用更小的電感。

開關(guān)頻率更高時，可以新增交越頻率，以改善負載階躍響應(yīng)和負載調(diào)整，如圖8所示。

圖6.powerbyLinear穩(wěn)壓器與競爭產(chǎn)品。關(guān)于典型的穩(wěn)壓器，開關(guān)頻率增高時，效率會下降。ADI的powerbyLinear穩(wěn)壓器可以在非常高的操作頻率下保持高效率，因而支持使用值更小的輸出電容。

圖7.通過新增開關(guān)頻率來減小電容和電感的尺寸。

圖8.新增開關(guān)頻率可以改善負載階躍響應(yīng)。

SilentSwitcher穩(wěn)壓器可以大幅降低旁路電容

假如減少旁路電容的數(shù)量，會如何？旁路電容重要被用于吸收開關(guān)操作產(chǎn)生的噪聲。假如能從其他方面降低開關(guān)噪聲，就可以減少旁路電容的數(shù)量。有一個特別簡單的方法可以實現(xiàn)這種效果，即使用SilentSwitcher?穩(wěn)壓器。

SilentSwitcher穩(wěn)壓器如何降低開關(guān)噪聲？開關(guān)穩(wěn)壓器具有兩個電流回路：頂部FET開啟，底部FET關(guān)閉（紅色回路）；頂部FET關(guān)閉，底部FET開啟（藍色回路），如圖9所示。熱回路傳輸完全開關(guān)的交流電流，也就是說，從0切換到IpEAK，然后回到0。它具備最高的交流和EMI能源，會產(chǎn)生最強變化的磁場。

圖9.開關(guān)穩(wěn)壓器中的熱回路會因為本身產(chǎn)生的交變磁場而導(dǎo)致大量輻射噪聲。

可以使用壓擺率控制來降低柵級信號變化的頻率（降低di/dt），以便抑制開關(guān)噪聲。這種方法雖然能夠抑制噪聲，但會新增開關(guān)損耗，導(dǎo)致產(chǎn)生更多熱量，在之前所述的高開關(guān)頻率下尤其如此。壓擺率控制在某些條件下是有效的，ADI公司也供應(yīng)包含這種控制的解決方案。

SilentSwitcher穩(wěn)壓器可以抑制熱回路中產(chǎn)生的電磁噪聲，但不是使用壓擺率控制。而是將VIN引腳一分為二，令熱回路可以分成兩個對稱的熱回路。產(chǎn)生的磁場被限制在靠近IC的區(qū)域，其他位置大幅降低，從而最大限度地降低輻射開關(guān)噪聲（圖10）。

圖10.獲得專利的SilentSwitcher技術(shù)。

LT8640S是SilentSwitcher技術(shù)的第二代，即SilentSwitcher2（圖11），IC內(nèi)部集成高頻輸入電容。這可以確保最大限度地抑制噪聲，因此也無需如以前相同非常小心地在布局中確定輸入電容的位置。毫無疑問，這也會降低對MLCC的要求。另一項功能——展頻，會通過動態(tài)改變開關(guān)頻率來降低噪聲峰值。LT8640S兼具這些功能，因此能夠輕松滿足CISpR255級EMC汽車標準（圖12）。

圖11.ADI公司供應(yīng)的SilentSwitcher2技術(shù)在IC中集成輸入電容，由此簡化布局和提升噪聲抑制性能。

圖12.在SilentSwitcher2器件（例如LT8640S）中采用這些降噪功能使得產(chǎn)品能夠輕松滿足CISpR255級峰值限值標準，甚至降低輸入和旁路電容。

結(jié)論

ADI公司供應(yīng)的powerbyLinear器件有助于降低MLCC要求，從而幫助設(shè)計人員解決MLCC短缺問題?？梢酝ㄟ^使用高頻率操作來降低輸出電容要求，同時保持出色的高效率。采用SilentSwitcher架構(gòu)的器件可以大幅抑制EMI噪聲，從而降低旁路電容要求。SilentSwitcher2器件進一步降低了對MLCC的需求。

參考資料

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Seago，John?！癘pTI-LOOp架構(gòu)降低了輸出電容，改善了瞬態(tài)響應(yīng)?！盇DI公司，2007年八月。

Zhang，HenryJ.“開關(guān)模式電源的模型和回路補償設(shè)計。”ADI公司，2016年二月。

作者簡介

AtsuhikoFurukawa于2006年加入凌力爾特（現(xiàn)在已成為ADI公司的一部分）。10多年以來，他一直為中小型客戶供應(yīng)多種應(yīng)用技術(shù)支持。2017年，他被調(diào)到汽車部門，現(xiàn)在重要負責設(shè)計大型（幾kW）和小型安全汽車應(yīng)用。Atsuhiko是一名馬拉松長跑健將，取得的最好成績是3小時3分鐘。