降压转换器的低输出电压噪声和高效率解决方案

低噪声降压开关稳压器

开关稳压器输出噪声取决于许多因素，如峰值电感电流，负载电流，开关稳压器拓扑结构，电路控制环路技术，输出电容器的尺寸和特性，电路元件值和布局。凌力尔特提供多种器件，可在整个负载电流和输入电源电压范围内提供低于10mV的峰峰值噪声电压。

效率

带开关模式电源由于控制电路功耗 和开关功率损耗 ，因此转换器负载较轻时难以获得高效率成为功率预算的一个更大的百分比 它们处于更高的负载 。 凌力尔特公司的专利 自动 突发模式技术允许开关模式电源提供高效率 甚至 轻载时，通过在输出调节时关闭非必要电路，但保持比较器主动监视输出，以便在输出开始下降时控制电路可以再次快速打开。 然后随着负载电流的增加，转换器将在突发模式之间自动转换为低噪声PWM工作模式。相反，当负载减小时，转换器将自动从PWM操作转换为突发模式操作 。进入和退出突发模式区域取决于输入电压，输出电压和电感值，但通常小于100mA。使用LTC3103的应用电路（可选择自动突发模式操作）如下图1a所示。 LTC3103的效率与输出电流如图1b所示。在5V输入和2.2V，100μA负载电流下，采用突发模式时效率高达80.3％。

市场上的许多零件声称他们是同类中最好的超低静态电流和高效率。 S 几个竞争器件列出的静态电流低于LTC3103的1.8μA突发模式电流，但它们在轻负载时的效率要差得多。我们鼓励您将突发模式下的效率图与这些设备进行比较。您会注意到两件事：我们的图表包括1mA以下负载电流的效率数字，以及 效率，他们的图显示我们的轻负载 突发模式效率通常为25％对于相同的负载电流， 要高出45％。

输出噪声

当负载电流高于突发模式阈值且转换器转换为PWM操作时，输出电压噪声非常低，仅取决于电感电流纹波和输出电容大小。随着负载电流减小并且转换器转换到突发模式操作，控制电路间歇地接通和断开以节省功率。尽管在此模式下平均输出电压被精确调节，但控制电路开启和关闭点之间的输出电压滞后会导致更高的输出电压纹波，从而导致分谐波噪声增加。下面的示例中显示了相同负载电流的PWM（图2a）和突发模式（图2b）纹波的比较 。

像LTC3103这样的设备效率很高，但其噪音性能是否足够？在很多情况下，答案是肯定的。凌力尔特公司多年来提高了突发模式性能，为最近宣布的产品提供了更低的输出电压噪声性能。突发模式下LTC3103输出噪声的图表如下所示。在此图中，峰值输出噪声范围从大约10mV到12mV。

轻负载效率是突发模式的真正好处但是如果噪声突发模式下的性能 是客户有几个选择的问题。首先，因为MODE引脚控制工作模式，所以器件可以暂时切换到强制连续模式，以最大限度地降低噪声。这在低功率发射器等应用中非常理想，只有在传输数据或进行灵敏测量时才需要低噪声模式。强制连续模式降低了输出噪声，但却牺牲了效率。如果效率降低仅在短时间内，则整体系统效率仅会受到轻微影响。 请记住，即使启用且负载电流足够高，突发模式也会自动转换为最低噪声，恒定频率开关 - 每次 周期PWM模式。 下图显示12V输入转换为3.3V@300mA，峰值输出噪声仅为5mV。曲线图Y和X刻度轴分别为10mV / div和500ns / div。随着输入到输出电压差减小，输出噪声也会改善。将输入电压更改为5V可将输出噪声降至2mV峰峰值。

第二种选择是使用LTC3104，它只是LTC3103，带有集成的10mA低压差线性稳压器。线性稳压器具有独立的输入电源引脚和150mV的典型压差电压。

下图显示了带12V的LTC3104输入，4V降压输出和3.3V后稳压LDO，可将4V输出降至3.3V @ 10mA。 Y和X刻度轴分别为10mV / div和500ns / div。请注意，LDO输出（中间迹线）的峰峰值纹波现在处于±1mV范围内。

最后一个选择是在输出端添加一个离散滤波器或铁氧体磁珠以减少噪声。但是，如何选择正确的过滤组件和值的具体 s 非常特定于应用程序 且超出范围本节的讨论。