作者： Frederik Dostal，ADI 現(xiàn)場應(yīng)用工程師
目前存在許多不同的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲。有些拓撲應(yīng)用十分廣泛，例如經(jīng)典的降壓型轉(zhuǎn)換器，也稱為降壓轉(zhuǎn)換器。然而，也有一些少為人知的開關(guān)模式DC-DC轉(zhuǎn)換器，包括Zeta拓撲。這些拓撲分為基本拓撲和擴展拓撲�；就負渲皇褂脙蓚�開關(guān)、一個電感和兩個電容。它們都屬于非隔離式開關(guān)穩(wěn)壓器；即，未進行電氣隔離的開關(guān)穩(wěn)壓器。此類拓撲包括降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換器和反相降壓-升壓拓撲。所有其他拓撲都需要額外的元件。例如，SEPIC轉(zhuǎn)換器還需要耦合電容和第二電感。除了非隔離式開關(guān)穩(wěn)壓器外，還有一些穩(wěn)壓器是通過變壓器來實現(xiàn)電氣隔離。
電路設(shè)計人員通常將電源視為黑盒子或4極元件。其具有兩個輸入線路和兩個輸出線路。圖1所示為DC-DC轉(zhuǎn)換器的框圖符號。頂部是非電氣隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器，底部是電氣隔離式轉(zhuǎn)換器。
圖1. 開關(guān)模式電源顯示為黑盒子
圖1中未體現(xiàn)端子的噪聲特性。不同的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲在2端口網(wǎng)絡(luò)端子處具有不同的噪聲特性。圖2顯示適合工業(yè)應(yīng)用的ADP2441 通用降壓轉(zhuǎn)換器。它可以將24 V輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V輸出電壓。采用這種拓撲時，可以看出，輸入側(cè)會產(chǎn)生脈沖電流，因此噪聲很大。當(dāng)ADP2441上的高端開關(guān)導(dǎo)通時，電流流入端子A。當(dāng)此開關(guān)關(guān)斷時，沒有電流流經(jīng)節(jié)點A。但是，輸出端C的噪聲很小。其中，輸出路徑中的電感可確保輸出端沒有脈沖電流。
圖2. 實際的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲設(shè)計
表1總結(jié)了開關(guān)穩(wěn)壓器基本噪聲特性，為系統(tǒng)設(shè)計人員的概念設(shè)計提供了重要參考。表中列出了最常見的開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲。第一行指示輸入端（即2端口網(wǎng)絡(luò)的端子A和B）的噪聲水平高低。第二行指示相應(yīng)拓撲的輸出端（即2端口網(wǎng)絡(luò)的端子C和D）噪聲水平高低。表1顯示了噪聲水平的高低。
表1. 常用開關(guān)穩(wěn)壓器拓撲及其輸入和輸出端噪聲特性概覽
降壓
升壓
反相 降壓-升壓
反激式
SEPIC
Cuk
4開關(guān)降壓-升壓
輸入端噪聲
高
低
高
高
低
低
高
輸出端噪聲
低
高
高
高
高
低
高
例如，使用單獨的LC濾波器進行額外濾波，可以大幅減少開關(guān)穩(wěn)壓器電路中的傳導(dǎo)噪聲。通過這種方式，可以避免出現(xiàn)表1中的高噪聲。然而，系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)清楚哪些DC-DC轉(zhuǎn)換器在哪些端子具有很高的噪聲。這樣，他們就可以預(yù)先考慮相應(yīng)的濾波器，以及這些濾波器必須占用的額外空間。
作者
Frederik Dostal
Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)。他于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務(wù)，曾擔(dān)任多種應(yīng)用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年，負責(zé)開關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，現(xiàn)擔(dān)任位于德國慕尼黑的ADI公司的電源管理現(xiàn)場應(yīng)用工程師。
