[参考译文] TPS40305：TPS40305纹波问题

Sahil Nayak

正如 John Tucker 提到的、这对于降压开关来说是正常的。

降压开关的工作原理 是从输入中汲取不连续电流、并在输出端提供连续电流、以便高效地将高输入电压转换为低输出电压。  在每个"导通时间"脉冲下、高侧 FET (原理图中的 Q5)将打开、电感器从输入电容器消耗最大输出电流、从而使输入电容器放电。  在每个"关断时间"期间、低侧 FET (原理图中的 Q18)都会导通、电感器从接地端消耗最大输出电流。

这样，平均输入电流大约为 IOUT x 占空比[导通时间/(导通时间+关断时间)]，输入功率类似于总输出功率(VOUT x IOUT)

对于5V 至3.3V @ 1.2MHz、导通时间大约为3.3V/5V * 1/1.2MHz = 550ns。

在9A 负载电流下、这将从输入电容器汲取4.95uC 的电荷。

对于21uF 的输入电容、我们预计 输入端的输入纹波至少为250mV。  由于5V 交流偏置对10V 额定输入电容器的直流偏置影响以及输入电容器的 ESR 和 ESL 在1.2MHz 及更高频率下降低了其有效电容、这种情况可能会更加明显。

为了减少输入纹波、您可以：

1) 1)降低源在1.2MHz 频率下的动态阻抗、以便源电源能够在开关周期内提供一些动态电流。  对于具有长导线、会显著增加电感的实验室电源而言、这可能会非常困难、但在集成解决方案中更实用、其中5V 拉电流电源和基于 TPS40305的5V 至3.3V 转换器位于同一 PCB 上。

2) 2)增加输入电容器的额定电压。  由于电容器会随着直流电压的增加而失去电容、因此如果您使用额定电压为16V 或25V 的10uF 输入电容器而不是额定电压为10V 的输入电容器、输入电压纹波可能会更低。

3) 3)通过将10uF 输入电容器更改为更高的值(例如22uF 电容器或添加额外的输入电容器)来增加输入电容。  如上所述、输入纹波与输入电容成反比。

注意： 由于开关频率较高、向输入端添加电解或聚合物电容器不太可能对输入纹波电压产生很大影响、因为这些电容器在1.2MHz 时将完全由 ESR 决定。

4) 4)为了减少每个开关的5V 电源上出现的高频尖峰、您需要在5V 到接地之间添加高频旁路电容。  这些电容器通常较小、电容较低、放置在非常靠近 Q5漏极和 Q18源极的位置)  在开关 FET 附近增加小于1.0uF (2.2至100nF)的电容将防止这些高兆赫开关振铃沿5V 电源传播。

5) 5)虽然不会降低 TPS40305转换器的 VIN 纹波、但在5V 拉电流电源和旁路电容器之间添加铁氧体磁珠将包含转换器的1.2MHz 开关噪声、并防止其传播到5V 拉电流电源上的其他器件。