电源开关设计---工作频率和噪声

  之前在相关博文中有提及过相关DCDC开关电源相关 知识。在设计电源过程中，最佳的工作频率是一个重要的参数。对于低频，往往对应周围器件的尺寸增大，从而成本也增加。工作频率高，周围器件尺寸减小，但是对应的自身损耗也增加。如何 tradeoff？

  1.频率与周围器件的关系

   在上图中，可以看到当频率在100Khz时，电感占据主要地位，随着频率升高，电感的体积也是在减小的，感值也相应的再减少。输出端的电容值也是随频率升高而降低。输入端的电容基本上保持不变。

  2.频率与损耗关系

   对于半导体器件，损耗包括两部分，一部分是开关损耗，一部分是传导损耗，开关损耗随频率的升高而升高，传导损耗不受工作频率的影响。当开关损耗与传导损耗相等时，总损耗最低。

  通过以上两个参数，可以合理的设计电源工作频率。

  3.电源布局设计---噪声的来源和降低

  1）运放的输入与输出

  在设计电源时，良好的布局可以降低电源噪声，电源噪声主要有三种：运算放大器的输入与输出，参考电压和斜坡。如下图所示：

 

  运放输入端可能是电源中最为敏感的点，若要减小噪声，必须最小化节点长度，并尽可能将反馈和输入组件靠近运放放置。如果反馈网络中存在高频积分内容，最理想的布局是，将反馈电阻放置到靠近运放的输入端，如果高频信号注入电阻-电容节点，高频信号就要承受电阻阻抗，而电容对于高频的容抗很小。

  2）斜坡

  斜坡通常由电容器充放电引起（电压模式），或者由电源开关的采样电流（电流模式）。电压模式影响不大，因为电容对高频输入的信号阻抗很小，但是电流模式却是个问题。如下图所示：

对于上图中的第一个图，可以采用IC控制上升沿消隐方法来去除，对于第二个图，可以采用并联多个电容的方法去除（主要是因为非充分斜率补偿） 。

  4.电源噪声的解决办法

  第三点已经提及了几种引起电压噪声的方法，那么在排查电源噪声的时候，需要从三点入手。

  1）观察运放的输出端是否有高频变化，改变补偿组件；

  2）运放的参考电压，可以选用可靠的电压源，TL431较常用；

  3）通过改变MOS的栅极电阻也可以对开关波形有一定的作用。