電源電路使用電容器，大量的電容器
　　典型的 DC-DC 降壓轉(zhuǎn)換器使用以下電容器（見(jiàn)圖 2）：
　　輸出電容器：平滑負(fù)載瞬變期間的輸出電壓紋波和電源負(fù)載電流。一般使用幾十μF到100μF的大電容。
　　輸入電容：除了穩(wěn)定輸入電壓外，還起到瞬時(shí)供給輸入電流的作用。一般使用幾μF到幾十μF。
　　旁路電容器：吸收開(kāi)關(guān)操作產(chǎn)生的噪聲和其他電路的噪聲。一般使用0.01μF至0.1μF。

　　補(bǔ)償電容：確保反饋環(huán)路的相位裕度并防止振蕩。通常使用數(shù)百 pF 或數(shù)十 nF。一些開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器 IC 內(nèi)置了補(bǔ)償電容器。

　　圖 2. 典型降壓穩(wěn)壓器中使用的電容器。
　　減少電容的方法是重點(diǎn)減少輸出電容器。接下來(lái)探討減少輸出電容的策略，然后是減少旁路電容器需求以及在某種程度上減少輸入電容器的解決方案。
　　提高開(kāi)關(guān)頻率以減少輸出電容

　　圖 3a 顯示了典型的電流模式降壓轉(zhuǎn)換器框圖，其中陰影區(qū)域表示反饋環(huán)路和補(bǔ)償電路。

　　圖 3. 典型降壓穩(wěn)壓器的框圖 (a) 和典型反饋特性 (b)。

　　反饋環(huán)路的特性如圖 3b 所示。環(huán)路增益為 0 dB（增益 = 1）時(shí)的頻率稱(chēng)為交叉頻率 (fC)。交叉頻率越高，調(diào)節(jié)器的負(fù)載階躍響應(yīng)越好。例如，圖 4 顯示了支持負(fù)載電流從 1 A 快速增加至 5 A 的穩(wěn)壓器的負(fù)載階躍響應(yīng)。結(jié)果顯示交叉頻率為 20 kHz 和 50 kHz，分別導(dǎo)致 60 mV 和 32 mV 壓差。

　　圖 4. 比較降壓穩(wěn)壓器在兩個(gè)交叉頻率下的負(fù)載階躍響應(yīng)。
　　從表面上看，增加交叉頻率看起來(lái)是一個(gè)簡(jiǎn)單的選擇：通過(guò)化輸出電壓降來(lái)改善負(fù)載階躍響應(yīng)，因此可以減少輸出電容器。然而，提高交叉頻率會(huì)帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題。首先，需要確保反饋環(huán)路有足夠的相位裕度以防止振蕩。通常，在交叉頻率處需要45°或更大（優(yōu)選60°或更大）的相位裕度。

　　另一個(gè)問(wèn)題是開(kāi)關(guān)頻率 (fSW) 和 fc 之間的關(guān)系。如果它們的幅度相似，負(fù)反饋可能會(huì)對(duì)輸出電壓紋波做出響應(yīng)，從而威脅穩(wěn)定運(yùn)行。作為指導(dǎo)，請(qǐng)將交叉頻率設(shè)置為開(kāi)關(guān)頻率的五分之一（或更少），如圖 5 所示。

　　圖 5. 如果開(kāi)關(guān)頻率和控制環(huán)路交叉頻率太接近，負(fù)反饋可能會(huì)對(duì)輸出電壓紋波做出響應(yīng)。將交叉頻率保持在開(kāi)關(guān)頻率的五分之一以下。
　　為了提高交叉頻率，您還必須提高開(kāi)關(guān)頻率，這反過(guò)來(lái)又會(huì)導(dǎo)致頂部和底部 FET 的開(kāi)關(guān)損耗更高，從而降低轉(zhuǎn)換效率并產(chǎn)生額外的熱量。電容上的任何節(jié)省都會(huì)被額外散熱組件的復(fù)雜性所抵消：散熱片、風(fēng)扇或額外的電路板空間。

　　高頻工作時(shí)能否保持高效率？答案是肯定的。Analog Devices 的許多 Power by Linear 穩(wěn)壓器 IC 都采用獨(dú)特的 FET 控制來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，即使在較高的開(kāi)關(guān)頻率下也能保持高效率（圖 6）。

　　圖 6. 線性穩(wěn)壓器與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品的對(duì)比。在典型的調(diào)節(jié)器中，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率升高時(shí)，效率會(huì)下降。ADI Power by Linear 穩(wěn)壓器可以在非常高的工作頻率下保持高效率，從而可以使用更小值的輸出電容器。
　　例如，LT8640S 6 A 輸出降壓穩(wěn)壓器在整個(gè)負(fù)載范圍（0.5 A 至 6 A）內(nèi)保持高于 90% 的效率，同時(shí)工作頻率為 2 MHz（12 V 輸入和 5 V 輸出）。

　　該穩(wěn)壓器還通過(guò)減少電感器電流紋波 (ΔIL) 來(lái)降低電容要求，從而降低輸出紋波電壓 (ΔVOUT)，如圖 7 所示。同樣，可以使用更小的電感器。

　　圖 7. 提高開(kāi)關(guān)頻率以減小電容器和電感器尺寸。

　　通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率，可以提高交叉頻率，從而改善負(fù)載階躍響應(yīng)和負(fù)載調(diào)節(jié)，如圖 8 所示。

　　圖 8. 開(kāi)關(guān)頻率的增加可改善負(fù)載階躍響應(yīng)。
　　Silent Switcher 穩(wěn)壓器顯著降低旁路電容
　　減少旁路電容怎么樣？旁路電容的主要作用是吸收開(kāi)關(guān)操作本身產(chǎn)生的噪聲。如果通過(guò)其他方式降低開(kāi)關(guān)噪聲，則可以減少旁路電容器的數(shù)量。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一個(gè)特別簡(jiǎn)單的方法是使用 Silent Switcher? 調(diào)節(jié)器。

　　Silent Switcher 穩(wěn)壓器如何降低開(kāi)關(guān)噪聲？開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器有兩個(gè)電流環(huán)路：當(dāng)頂部 FET 導(dǎo)通且底部 FET 關(guān)閉時(shí)（紅色環(huán)路）以及當(dāng)頂部 FET 關(guān)閉且底部 FET 導(dǎo)通時(shí)（藍(lán)色環(huán)路），如圖 9 所示。承載完全切換的交流電流，即從零切換到 IPEAK，然后再切換回零。它具有的交流和 EMI 能量，因?yàn)樗a(chǎn)生強(qiáng)的變化磁場(chǎng)。

　　圖 9. 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中的熱環(huán)路由于產(chǎn)生交變磁場(chǎng)而產(chǎn)生大量輻射噪聲。
　　轉(zhuǎn)換速率控制可用于通過(guò)減慢柵極信號(hào)的變化速率（降低 di/dt）來(lái)抑制開(kāi)關(guān)噪聲。雖然可以有效抑制噪聲，但這會(huì)增加開(kāi)關(guān)損耗，產(chǎn)生額外的熱量，特別是在如上所述的高開(kāi)關(guān)頻率下。轉(zhuǎn)換速率控制在某些條件下有效，ADI 也提供具有此功能的解決方案。

　　Silent Switcher 穩(wěn)壓器可抑制熱環(huán)路產(chǎn)生的電磁噪聲，無(wú)需轉(zhuǎn)換速率控制。相反，它將 VIN 引腳一分為二，從而將熱環(huán)路分成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的熱環(huán)路。由此產(chǎn)生的磁場(chǎng)僅限于 IC 附近的區(qū)域，并在其他地方顯著減小，從而限度地減少輻射開(kāi)關(guān)噪聲（圖 10）。

　　圖 10. 獲得的 Silent Switcher 技術(shù)。

　　LT8640S 是該技術(shù)的第二代 — Silent Switcher 2（圖 11） — 在 IC 中集成了輸入電容器。這確保了的噪聲抑制，無(wú)需在布局中仔細(xì)定位輸入電容。當(dāng)然，這一特性也降低了 MLCC 的要求。另一個(gè)功能是擴(kuò)頻頻率調(diào)制，通過(guò)動(dòng)態(tài)改變開(kāi)關(guān)頻率來(lái)降低??噪聲峰值。這些功能的組合使 LT8640S 能夠輕松滿(mǎn)足汽車(chē)的 CISPR 25 Class 5 EMC 標(biāo)準(zhǔn)（圖 12）。

　　圖 11. ADI 的 Silent Switcher 2 技術(shù)在 IC 內(nèi)引入了輸入電容，從而簡(jiǎn)化了布局并改善了噪聲抑制。

　　圖 12. Silent Switcher 2 器件（例如 LT8640S）中的噪聲抑制功能組合可輕松突破 CISPR 25 5 類(lèi)峰值限制，甚至同時(shí)減少輸入和旁路電容。