详细解析Buck电路开关电源纹波的有效抑制方法

Δion为导通状态纹波电流;ton为导通时间;Δioff为关断状态纹波电流;toff为关断时间。
在电源稳定工作时,

ΔiL为线圈上纹波电流的绝对值。将式(5)和式(6)代入式(7),整理得:

进而得出:

fs为开关频率。
将式(8)代入式(5),得:

式(9)即为纹波电流的表达式。
2、纹波电压计算
注意到在输出部分,电感电流在电容C和负载之间分割,有:

设在稳态下,输出到负载的电流不变。所以有:

这也是一种近似,因为就算是负载恒定不变,由于电压纹波的影响,电流也会改变的,但由于这个变化量和ΔiL相比很小,所以在此忽略。如果不忽略,也可以推导出更复杂的表达式。ΔiC加之于C就会产生纹波电压。
首先计算第一部分。当ΔiC流过理想电容C时,在C两端产生的电压变化:

取积分下限为ton/2,积分上限为toff/2,计算积分得:

计算第二部分,对于一般电容,都具有串联等效电感和串联等效电阻(其实还有并联等效绝缘电阻)。串联等效电感只在较高频率时起作用,在分析开关频率时可以将其忽略,但必须考虑的是串联等效电阻ESR.电流ΔiC流过ESR时,会在ESR两端产生电压降,其值为:

ΔVESR也会作为纹波的一部分表现在输出端上,所以总的纹波表达式为式(10)和式(11)的和,即:

Vro为总纹波;ESR为C的等效串联电阻。
式(12)即是Buck类型开关电源的纹波电压的近似表达式,其中的每个变量都是影响纹波的因素,调整这些变量就是调整纹波的主要方法。
影响纹波的因素分析及抑制措施
根据式(12),逐一分析影响纹波电压的因素

1)首先观察括号内的因素:试取一个典型的值计算一下,如fs=300kHz,C=470μF,可知为
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