开关式电压调节器一般优于线性调节器，由于它们更高效，而开关拓扑结构则十分依靠输入滤波器。这种电路元件与电源的典型负动态阻抗相结合，能够诱发振动问题。本文将论述怎么防止此类问题的呈现。
一般来说，一切的电源都在一个给定输入规模坚持其功率。因而，输入功率或多或少地与输入电压水平坚持安稳。图1显现的是一个开关电源的特征。跟着电压的下降，电流不断上升。
负输入阻抗
电压-电流线呈现出必定的斜率，其从本质上界说了电源的动态阻抗。这根线的斜率等于负输入电压除以输入电流。也便是说，由 Pin = V·I，能够得出 V=Pin/I；并由此可得 dV/dI=–Pin/I2 或 dV/dI≈–V/I。
该近似值有些过于简略，由于操控环路影响了输入阻抗的频率响应。可是许多时分，当触及电流形式操控时这种简略近似值就已足够了。
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图1 开关电源表现出的负阻抗 |
为什么需求输入滤波器
开关调节器输入电流为非接连电流，并且在输入电流得不到滤波的状况下其会中止体系的运转。大多数电源体系都集成了一个如图 2 所示类型的滤波器。电容为功率级的开关电流供给了一个低阻抗，而电感则为电容上的纹波电压供给了一个高阻抗。该滤波器的高阻抗使流入源极的开关电流最小化。在低频率时，该滤波器的源极阻抗等于电感阻抗。在您升高频率的一起，电感阻抗也随之增加。在极高频率时，输出电容分流阻抗。在中心频率时，电感和电容实质上就形成了一种并联谐振电路，然后使电源阻抗变高，呈现出较高的电阻。
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图2 谐振时滤波器的高阻抗和高阻性 |
大多数状况下，峰值电源阻抗能够经过首要确认滤波器 (Zo) 的特性阻抗来预算得出，而滤波器特性阻抗等于电感除以电容所得值的平方根。这便是谐振下电感或许电容的阻抗。接下来，对电容的等效串联电阻 (ESR) 和电感的电阻求和。这样便得到电路的 Q 值。峰值电源阻抗大约等于Zo乘以电路的Q值。
振动
可是，开关的谐振滤波器与电源负阻抗耦合后会呈现问题。图3显现的是在一个电压驱动串联电路中值持平、极性相反的两个电阻。这种状况下，输出电压趋向于无穷大。当您取得由谐振输入滤波器等效电阻所供给电源的负电阻时，您也就会面对一个相似的电源体系状况；这时，电路往往就会呈现振动。
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图3 与其负阻抗耦合的开关谐振滤波器可引起不必要的振动 |
规划安稳电源体系的诀窍是确保体系电源阻抗一直大大小于电源的输入阻抗。咱们需求在最小输入电压和最大负载(即最低输入阻抗)状态下到达这一方针。
在前面，咱们评论了输入滤波器的源极阻抗怎么变得具有电阻性，以及其怎么同开关调节器的负输入阻抗相互作用。在极点状况下，这些阻抗振幅能够持平，可是其符号相反然后构成了一个振动器。业界通用的标准是输入滤波器的源极阻抗应至少比开关调节器的输入阻抗低 6dB，作为最小化振动概率的安全裕度。
输入滤波器规划一般以依据纹波电流额定值或坚持要求挑选输入电容（图４所示 CO）开端的。第二步一般包括依据体系的 EMI 要求挑选电感 (LO)。正如咱们上个月评论的那样，在谐振邻近，这两个组件的源极阻抗会十分高，然后导致体系不安稳。图4描绘了一种操控这种阻抗的办法，其将串联电阻 (RD) 和电容 (CD) 与输入滤波器并联放置。运用一个跨接 CO 的电阻，能够阻尼滤波器。可是，在大多数状况下，这样做会导致功率损耗过高。另一种办法是在滤波器电感的两头增加一个串联衔接的电感和电阻。
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图4 CD 和 RD 阻尼输出滤波器源极阻抗 |
挑选阻尼电阻
风趣的是，一旦挑选了四个其他电路组件，那么就会有一个阻尼电阻的最佳挑选。图 ５显现的是不同阻尼电阻状况下这类滤波器的输出阻抗。赤色曲线表明过大的阻尼电阻。请考虑一下极点的状况，假如阻尼电阻器敞开，那么峰值可能会十分的高，且仅由 CO 和 LO 来设定。蓝色曲线表明阻尼电阻过低。假如电阻被短路，则谐振可由两个电容和电感的并联组合一起设置。绿色曲线代表最佳阻尼值。运用一些包括闭型解的核算办法（见参考文献 1）就能够很轻松地得到该值。
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图5 在给定 CD-CO 比的状况下，有一个最佳阻尼电阻 |
挑选组件
在挑选阻尼组件时，图6十分有用。该图是经过运用 RD Middlebrook 树立的闭型解得到的。横坐标为阻尼滤波器输出阻抗与未阻尼滤波器典型阻抗 (ZO = (LO/CO)1/2) 的比。纵坐标值有两个：阻尼电容与滤波器电容 (N) 的比；以及阻尼电阻同该典型阻抗的比。运用该图，首要依据电路要求来挑选 LO 和 CO，然后得到 ZO。随后，将最小电源输入阻抗除以二，得到您的最大输入滤波器源极阻抗 (6dB)。
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图6 选取 LO 和 CO 后，便可从最大答应源极阻抗规模内挑选 CD 和 RD |
最小电源输入阻抗等于 Vinmin2/Pmax。只需读取阻尼电容与滤波器电容的比以及阻尼电阻与典型阻抗的比, 您便能够核算得到一个横坐标值。例如，一个具有 10µH 电感和 10µH %&&&&&%的滤波器具有 Zo = (10µH/10 µF)1/2 = 1Ω的典型阻抗。假如它正对一个 12V 最小输入的 12W 电源进行滤波，那么该电源输入阻抗将为 Z = V2/P = 122/12 = 12Ω。这样，最大源极阻抗应等于该值的二分之一，也即 6 Ω。现在，在 6/1 = 6 的 X 轴上输入该图，那么，CD/CO = 0.1，即 1 µF，一起 RD/ZO = 3，也即 3 Ω。
