Roland van Roy | AN079 from RICHTEK
輸出電壓紋波是開關電源轉換器的一個重要參數。某些負載對供電的電壓紋波非常敏感，而某些Vcore對供電電壓的要求很高，需滿足嚴格的容受范圍。準確測量紋波不容易，特別是對于高頻開關式電源轉換器。
本文將解釋DC-DC轉換器的輸出紋波，并提供有用的設計技巧，以獲得更準確的測量結果。
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8 實際案例2：RT5760A ACOT®降壓轉換器，應用于5V到1.2V，1A，小尺寸，低紋波應用
RT5760A是一款成本效益高的6V額定電壓，第三代低壓ACOT降壓轉換器，具有1A的輸出電流能力和輕載時的自動PSM模式。2.2MHz的開關頻率、SOT563封裝和使用小型主要組件，使得總應用電路面積非常小。電路板的線路圖和布局如圖26所示。
圖26
在這個小型線路布局中，單一的MLCC輸出電容C5位于非常靠近電感的位置，該電感是Murata的半屏蔽型LQH32類型。10μF/6.3V 0603 MLCC輸出電容在1.2V DC偏壓下，會下降到8.6μF，在低交流電壓紋波下可能再下降10%。這個電容的ESR為3m?，ESL約為0.2nH（見圖27）。對于這個應用的計算，我們使用8μF的有效電容，3m?的ESR和0.2nH的ESL。
圖27
1μH 2.3A 電感LQH32PN1R0NN0的自共振頻率為150MHz，因此C-parallel 為1.1pF。
電感紋波電流
為0.42App
輸出電容CCM 紋波電壓
為2.94mVpp
1.5m? ESR, 加上
的1.25mVpp, 所以總共CCM 紋波為4.19mVpp。
對于具有寄生組件的高頻行為，下面的LTSpice模擬顯示了結果：（圖28）
圖28
可以看到，輸出波形是拋物線（Cout電容）、三角波 (Cout ESR)、電壓方波 (Cout ESL) 和高頻尖峰（由于電感并聯電容和Cout ESL引起）的組合。
8.1 第一次使用小接地環路的測量
圖29顯示了使用PCB輸出電壓接頭/短接地環探頭連接的輸出紋波測量（距離單個輸出電容C5有一定距離，以及用于測量開關波形的電容接收方法）。
圖29 測量結果9.1mVpp
對于這種非常低的輸出電壓紋波測量，10:1探頭的靈敏度不足，1:1探頭則提供更好的結果。
同時可以看到，短探頭環路連接仍然會吸收相當多的電感寄生場：測量的波形（9.1mVpp，帶有較大的電壓方波）與模擬和計算的 (4.2mVpp) 結果非常不同。
8.2 第二次使用扭轉線的測量
圖30顯示了使用1:1探頭的輸出紋波測量，直接連接到MLCC輸出電容器C5。扭轉線的連接方式使小環路垂直放置，以最小化電感雜散磁場的耦合。
圖30 測量結果4.56mVpp/4.84mVpp
扭曲的電線連接的環路比之前的“接點 + 短接地環路探頭”連接還要短，但從上面的測量結果可以看出，在反轉電感方向時，紋波測量結果仍存在一些差異。
因此，由于電感與高頻訊號非常近，是很難避免一些電感雜散場雜訊耦合到小的扭轉電線中。為了減少電感雜散場的影響，我們可以嘗試移動輸出電容來遠離電感。
8.3 第三次使用扭轉電線進行測量，并將電容移離電感
圖31顯示了使用扭轉電線進行的紋波測量，并將輸出電容移離電感8mm的位置。
圖31
使用扭曲的線連接和將輸出電容移離電感8mm后，現在紋波測量結果與兩種電感方向的計算和模擬相符合。請注意，ACOT®轉換器仍存在一些頻率抖動（OFF時間變化），這導致測得的紋波振幅出現一些不規則性。
輸出紋波測量使用1:1探頭和500MHz示波器帶寬設置，以及電容接收法進行開關波形測量（見圖32）。
圖32
可以看到，使用高帶寬設置的示波器進行測量，結果并未顯示太多額外的高頻尖峰。這主要與1:1探頭有關，其有效帶寬為15MHz。大多數1:1探頭的帶寬相對較低，因此它們實際上不能顯示高頻信號。
8.4 PSM測量
對于RT5760A EVB板上的PSM紋波測量，我們移除負載電阻，并使用與CCM模式紋波測量相同的方式來測量輸出紋波（用于紋波測量的扭轉線方法和用于開關波形測量的電容式取樣法），參見圖33。
圖33
圖34
在PSM模式下計算的輸出電壓紋波為
為29.4mVpp，因此測得的紋波為24.4mVpp，與計算結果相差不遠。
未完待續...
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