本文探讨了Buck电路在现代电源技术中的应用，并详细介绍了如何通过优化设计来减小开关电源的纹波，提高系统稳定性与效率。
在电源技术领域内，Buck电路作为一种常见的开关电源拓扑结构因其高效、电压可调及体积小等特点被广泛应用。然而，与之相伴的问题是输出直流电压中的纹波含量较高，这不仅影响了电源的稳定性，也可能对负载设备造成干扰。因此，降低纹波含量成为优化开关电源性能的关键技术挑战。
1. 纹波定义：
纹波是指在直流电源输出电压中叠加的交流成分，通常包括低频、高频以及由开关过程产生的超高频谐振等类型。这些纹波来源于内部电路中的谐波干扰、变压器漏感及二极管反向恢复电流等因素，并表现为输出电压波动。
2. Buck电路纹波产生机理及其计算：
在Buck电路中，电感L的电流变化导致了纹波电流ΔiL的形成，在开关周期内完成。通过分析导通和关断状态下的电感电压变化可以得出纹波电流的具体数值。而产生的纹波电压Vr则由两个部分组成：一是由于电容C上的电流波动所引起的，二是ESR（等效串联电阻）造成的压降。
3. 影响因素及抑制措施：
- 开关频率fs：提高开关频率有助于降低纹波水平但会增加损耗。
- 输出电容C的大小：增大该值能减少纹波但成本上升，并且在高频下，ESR的影响更为显著。
- ESER（等效串联电阻）：减小这一数值是抑制纹波的关键途径之一。可以通过选择低ESR电容器或并联多个电容器来实现此目标。
- 开关占空比D：适当调节可以调整纹波大小但需保证输出电压需求。
4. 改善措施：
- 使用具有较低ESER的电解与陶瓷复合型电容，以整体降低电阻值；
- 增加滤波器中的电容器容量来提高电流平滑效果；
- 设计合理的开关频率，在减少纹波的同时考虑损耗问题；
- 应用软开关技术来减小因快速切换而产生的瞬态电压和电流峰值现象。
- 采用多级过滤方案，如LC型滤波器进一步降低输出中的波动幅度。
通过理解Buck电路中导致纹波的原因并采取合理的设计与参数优化策略，可以有效抑制纹波从而提升开关电源的性能。实际应用时需综合考虑效率、成本和体积等多重因素以确定最优解决方案。
5星
