開關式電壓調節(jié)器通常優(yōu)于線性調節(jié)器，因為它們更高效，而開關拓撲結構則十分依賴輸入濾波器。這種電路元件與電源的典型負動態(tài)阻抗相結合，可以誘發(fā)振蕩問題。本文將闡述如何防止此類問題的出現(xiàn)。一般而言，所有的電源都在一個給定輸入范圍保持其效率。因此，輸入功率或多或少地與輸入電壓水平保持恒定。圖1顯示的是一個開關電源的特點。隨著電壓的下降，電流不斷上升。負輸入阻抗電壓-電流線呈現(xiàn)出一定的斜率，其從本質上含義了電源的動態(tài)阻抗。這根線的斜率等于負輸入電壓除以輸入電流。也就是說，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。該近似值有些過于簡單，因為控制環(huán)路影響了輸入阻抗的頻率響應。但是很多時候，當涉及電流模式控制時這種簡單近似值就已足夠了。

圖1開關電源表現(xiàn)出的負阻抗

為何要輸入濾波器開關調節(jié)器輸入電流為非持續(xù)電流，并且在輸入電流得不到濾波的情況下其會中斷系統(tǒng)的運行。大多數(shù)電源系統(tǒng)都集成了一個如圖2所示類型的濾波器。電容為功率級的開關電流供應了一個低阻抗，而電感則為電容上的紋波電壓供應了一個高阻抗。該濾波器的高阻抗使流入源極的開關電流最小化。在低頻率時，該濾波器的源極阻抗等于電感阻抗。在您升高頻率的同時，電感阻抗也隨之新增。在極高頻率時，輸出電容分流阻抗。在中間頻率時，電感和電容實質上就形成了一種并聯(lián)諧振電路，從而使電源阻抗變高，呈現(xiàn)出較高的電阻。

圖2諧振時濾波器的高阻抗和高阻性

大多數(shù)情況下，峰值電源阻抗可以通過首先確定濾波器(Zo)的特性阻抗來估算得出，而濾波器特性阻抗等于電感除以電容所得值的平方根。這就是諧振下電感或者電容的阻抗。接下來，對電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)和電感的電阻求和。這樣便得到電路的Q值。峰值電源阻抗大約等于Zo乘以電路的Q值。振蕩但是，開關的諧振濾波器與電源負阻抗耦合后會出現(xiàn)問題。圖3顯示的是在一個電壓驅動串聯(lián)電路中值相等、極性相反的兩個電阻。這種情況下，輸出電壓趨向于無窮大。當您獲得由諧振輸入濾波器等效電阻所供應電源的負電阻時，您也就會面對一個類似的電源系統(tǒng)情況；這時，電路往往就會出現(xiàn)振蕩。

圖3與其負阻抗耦合的開關諧振濾波器可引起不必要的振蕩

設計穩(wěn)定電源系統(tǒng)的秘訣是保證系統(tǒng)電源阻抗始終大大小于電源的輸入阻抗。我們要在最小輸入電壓和最大負載(即最低輸入阻抗)狀態(tài)下達到這一目標。在前面，我們討論了輸入濾波器的源極阻抗如何變得具有電阻性，以及其如何同開關調節(jié)器的負輸入阻抗相互用途。在極端情況下，這些阻抗振幅可以相等，但是其符號相反從而構成了一個振蕩器。業(yè)界通用的標準是輸入濾波器的源極阻抗應至少比開關調節(jié)器的輸入阻抗低6dB，作為最小化振蕩概率的安全裕度。輸入濾波器設計通常以根據紋波電流額定值或保持要求選擇輸入電容（圖４所示CO）開始的。第二步通常包括根據系統(tǒng)的EMI要求選擇電感(LO)。正如我們上個月討論的那樣，在諧振附近，這兩個組件的源極阻抗會非常高，從而導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖4描述了一種控制這種阻抗的方法，其將串聯(lián)電阻(RD)和電容(CD)與輸入濾波器并聯(lián)放置。利用一個跨接CO的電阻，可以阻尼濾波器。但是，在大多數(shù)情況下，這樣做會導致功率損耗過高。另一種方法是在濾波器電感的兩端添加一個串聯(lián)連接的電感和電阻。

圖4CD和RD阻尼輸出濾波器源極阻抗

選擇阻尼電阻有趣的是，一旦選擇了四個其他電路組件，那么就會有一個阻尼電阻的最佳選擇。圖５顯示的是不同阻尼電阻情況下這類濾波器的輸出阻抗。紅色曲線表示過大的阻尼電阻。請思考一下極端的情況，假如阻尼電阻器開啟，那么峰值可能會非常的高，且僅由CO和LO來設定。藍色曲線表示阻尼電阻過低。假如電阻被短路，則諧振可由兩個電容和電感的并聯(lián)組合共同設置。綠色曲線代表最佳阻尼值。利用一些包含閉型解的計算方法（見參考文獻1）就可以很輕松地得到該值。

圖5在給定CD-CO比的情況下，有一個最佳阻尼電阻

選擇組件在選擇阻尼組件時，圖6非常有用。該圖是通過使用RDMiddlebrook建立的閉型解得到的。橫坐標為阻尼濾波器輸出阻抗與未阻尼濾波器典型阻抗(ZO=(LO/CO)1/2)的比。縱坐標值有兩個：阻尼電容與濾波器電容(N)的比；以及阻尼電阻同該典型阻抗的比。利用該圖，首先根據電路要求來選擇LO和CO，從而得到ZO。隨后，將最小電源輸入阻抗除以二，得到您的最大輸入濾波器源極阻抗(6dB)。

圖6選取LO和CO后，便可從最大允許源極阻抗范圍內選擇CD和RD

最小電源輸入阻抗等于Vinmin2/pmax。只需讀取阻尼電容與濾波器電容的比以及阻尼電阻與典型阻抗的比,您便可以計算得到一個橫坐標值。例如，一個具有10μH電感和10μH電容的濾波器具有Zo=(10μH/10μF)1/2=1Ω的典型阻抗。假如它正對一個12V最小輸入的12W電源進行濾波，那么該電源輸入阻抗將為Z=V2/p=122/12=12Ω。這樣，最大源極阻抗應等于該值的二分之一，也即6Ω?，F(xiàn)在，在6/1=6的X軸上輸入該圖，那么，CD/CO=0.1，即1μF，同時RD/ZO=3，也即3Ω。