降壓轉(zhuǎn)換器的低輸出電壓噪聲和高效率解決方案

低噪聲降壓開關(guān)穩(wěn)壓器

開關(guān)穩(wěn)壓器輸出噪聲取決于許多因素，如峰值電感電流，負(fù)載電流，開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，電路控制環(huán)路技術(shù)，輸出電容器的尺寸和特性，電路元件值和布局。凌力爾特提供多種器件，可在整個(gè)負(fù)載電流和輸入電源電壓范圍內(nèi)提供低于10mV的峰峰值噪聲電壓。

效率

帶開關(guān)模式電源由于控制電路功耗 和開關(guān)功率損耗，因此轉(zhuǎn)換器負(fù)載較輕時(shí)難以獲得高效率成為功率預(yù)算的一個(gè)更大的百分比 它們處于更高的負(fù)載 。 凌力爾特公司的專利 自動(dòng) 突發(fā)模式技術(shù)允許開關(guān)模式電源提供高效率 甚至 輕載時(shí)，通過(guò)在輸出調(diào)節(jié)時(shí)關(guān)閉非必要電路，但保持比較器主動(dòng)監(jiān)視輸出，以便在輸出開始下降時(shí)控制電路可以再次快速打開。 然后隨著負(fù)載電流的增加，轉(zhuǎn)換器將在突發(fā)模式之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換為低噪聲PWM工作模式。相反，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)，轉(zhuǎn)換器將自動(dòng)從PWM操作轉(zhuǎn)換為突發(fā)模式操作 。進(jìn)入和退出突發(fā)模式區(qū)域取決于輸入電壓，輸出電壓和電感值，但通常小于100mA。使用LTC3103的應(yīng)用電路（可選擇自動(dòng)突發(fā)模式操作）如下圖1a所示。 LTC3103的效率與輸出電流如圖1b所示。在5V輸入和2.2V，100μA負(fù)載電流下，采用突發(fā)模式時(shí)效率高達(dá)80.3％。

市場(chǎng)上的許多零件聲稱他們是同類中最好的超低靜態(tài)電流和高效率。 S 幾個(gè)競(jìng)爭(zhēng)器件列出的靜態(tài)電流低于LTC3103的1.8μA突發(fā)模式電流，但它們?cè)谳p負(fù)載時(shí)的效率要差得多。我們鼓勵(lì)您將突發(fā)模式下的效率圖與這些設(shè)備進(jìn)行比較。您會(huì)注意到兩件事：我們的圖表包括1mA以下負(fù)載電流的效率數(shù)字，以及 效率，他們的圖顯示我們的輕負(fù)載 突發(fā)模式效率通常為25％對(duì)于相同的負(fù)載電流， 要高出45％。

輸出噪聲

當(dāng)負(fù)載電流高于突發(fā)模式閾值且轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為PWM操作時(shí)，輸出電壓噪聲非常低，僅取決于電感電流紋波和輸出電容大小。隨著負(fù)載電流減小并且轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換到突發(fā)模式操作，控制電路間歇地接通和斷開以節(jié)省功率。盡管在此模式下平均輸出電壓被精確調(diào)節(jié)，但控制電路開啟和關(guān)閉點(diǎn)之間的輸出電壓滯后會(huì)導(dǎo)致更高的輸出電壓紋波，從而導(dǎo)致分諧波噪聲增加。下面的示例中顯示了相同負(fù)載電流的PWM（圖2a）和突發(fā)模式（圖2b）紋波的比較 。

像LTC3103這樣的設(shè)備效率很高，但其噪音性能是否足夠？在很多情況下，答案是肯定的。凌力爾特公司多年來(lái)提高了突發(fā)模式性能，為最近宣布的產(chǎn)品提供了更低的輸出電壓噪聲性能。突發(fā)模式下LTC3103輸出噪聲的圖表如下所示。在此圖中，峰值輸出噪聲范圍從大約10mV到12mV。

輕負(fù)載效率是突發(fā)模式的真正好處但是如果噪聲突發(fā)模式下的性能 是客戶有幾個(gè)選擇的問(wèn)題。首先，因?yàn)镸ODE引腳控制工作模式，所以器件可以暫時(shí)切換到強(qiáng)制連續(xù)模式，以最大限度地降低噪聲。這在低功率發(fā)射器等應(yīng)用中非常理想，只有在傳輸數(shù)據(jù)或進(jìn)行靈敏測(cè)量時(shí)才需要低噪聲模式。強(qiáng)制連續(xù)模式降低了輸出噪聲，但卻犧牲了效率。如果效率降低僅在短時(shí)間內(nèi)，則整體系統(tǒng)效率僅會(huì)受到輕微影響。 請(qǐng)記住，即使啟用且負(fù)載電流足夠高，突發(fā)模式也會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為最低噪聲，恒定頻率開關(guān) - 每次 周期PWM模式。 下圖顯示12V輸入轉(zhuǎn)換為3.3V@300mA，峰值輸出噪聲僅為5mV。曲線圖Y和X刻度軸分別為10mV / div和500ns / div。隨著輸入到輸出電壓差減小，輸出噪聲也會(huì)改善。將輸入電壓更改為5V可將輸出噪聲降至2mV峰峰值。

第二種選擇是使用LTC3104，它只是LTC3103，帶有集成的10mA低壓差線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器具有獨(dú)立的輸入電源引腳和150mV的典型壓差電壓。

下圖顯示了帶12V的LTC3104輸入，4V降壓輸出和3.3V后穩(wěn)壓LDO，可將4V輸出降至3.3V @ 10mA。 Y和X刻度軸分別為10mV / div和500ns / div。請(qǐng)注意，LDO輸出（中間跡線）的峰峰值紋波現(xiàn)在處于±1mV范圍內(nèi)。

最后一個(gè)選擇是在輸出端添加一個(gè)離散濾波器或鐵氧體磁珠以減少噪聲。但是，如何選擇正確的過(guò)濾組件和值的具體 s 非常特定于應(yīng)用程序 且超出范圍本節(jié)的討論。