開關(guān)式電壓調(diào)節(jié)器通常優(yōu)于線性調(diào)節(jié)器，因為它們更高效,，而開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)則十分依賴輸入濾波器" title="濾波器">濾波器" target="_blank">濾波器,。這種電路元件與電源的典型負動態(tài)阻抗相結(jié)合，可以誘發(fā)振蕩問題,。本文將闡述如何避免此類問題的出現(xiàn),。

　　一般而言，所有的電源都在一個給定輸入范圍保持其效率,。因此,，輸入功率或多或少地與輸入電壓水平保持恒定。圖1顯示的是一個開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源的特征,。隨著電壓的下降,，電流不斷上升。 

　　負輸入阻抗

　　電壓-電流線呈現(xiàn)出一定的斜率,，其從本質(zhì)上定義了電源的動態(tài)阻抗,。這根線的斜率等于負輸入電壓除以輸入電流。也就是說,，由 Pin = V·I,，可以得出 V="Pin/I",；并由此可得 dV/dI=–Pin/I2 或 dV/dI≈–V/I。

　　該近似值有些過于簡單,，因為控制環(huán)路影響了輸入阻抗的頻率響應(yīng),。但是很多時候，當涉及電流模式控制時這種簡單近似值就已足夠了,。
 

　　為什么需要輸入濾波器

　　開關(guān)調(diào)節(jié)器輸入電流為非連續(xù)電流,，并且在輸入電流得不到濾波的情況下其會中斷系統(tǒng)的運行。大多數(shù)電源系統(tǒng)都集成了一個如圖 2 所示類型的濾波器,。電容為功率級的開關(guān)電流提供了一個低阻抗,，而電感則為電容上的紋波電壓提供了一個高阻抗。該濾波器的高阻抗使流入源極的開關(guān)電流最小化,。在低頻率時,，該濾波器的源極阻抗等于電感阻抗。在您升高頻率的同時,，電感阻抗也隨之增加,。在極高頻率時，輸出電容分流阻抗,。在中間頻率時,，電感和電容實質(zhì)上就形成了一種并聯(lián)諧振電路，從而使電源阻抗變高,，呈現(xiàn)出較高的電阻,。
 

　　大多數(shù)情況下，峰值電源阻抗可以通過首先確定濾波器 (Zo) 的特性阻抗來估算得出,，而濾波器特性阻抗等于電感除以電容所得值的平方根,。這就是諧振下電感或者電容的阻抗。接下來,，對電容的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 和電感的電阻求和,。這樣便得到電路的 Q 值。峰值電源阻抗大約等于Zo乘以電路的Q值,。

　　振蕩

　　但是,，開關(guān)的諧振濾波器與電源負阻抗耦合后會出現(xiàn)問題,。圖3顯示的是在一個電壓驅(qū)動串聯(lián)電路中值相等,、極性相反的兩個電阻。這種情況下,，輸出電壓趨向于無窮大,。當您獲得由諧振輸入濾波器等效電阻所提供電源的負電阻時，您也就會面臨一個類似的電源系統(tǒng)情況,；這時,，電路往往就會出現(xiàn)振蕩。
 

　　設(shè)計穩(wěn)定電源系統(tǒng)的秘訣是保證系統(tǒng)電源阻抗始終大大小于電源的輸入阻抗。我們需要在最小輸入電壓和最大負載(即最低輸入阻抗)狀態(tài)下達到這一目標,。

　　在前面,，我們討論了輸入濾波器的源極阻抗如何變得具有電阻性，以及其如何同開關(guān)調(diào)節(jié)器的負輸入阻抗相互作用,。在極端情況下,，這些阻抗振幅可以相等，但是其符號相反從而構(gòu)成了一個振蕩器,。業(yè)界通用的標準是輸入濾波器的源極阻抗應(yīng)至少比開關(guān)調(diào)節(jié)器的輸入阻抗低 6dB,，作為最小化振蕩概率的安全裕度。

　　輸入濾波器設(shè)計通常以根據(jù)紋波電流額定值或保持要求選擇輸入電容（圖４所示 CO）開始的,。第二步通常包括根據(jù)系統(tǒng)的 EMI 要求選擇電感 (LO),。正如我們上個月討論的那樣，在諧振附近,，這兩個組件的源極阻抗會非常高,，從而導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。圖4描述了一種控制這種阻抗的方法,，其將串聯(lián)電阻 (RD) 和電容 (CD) 與輸入濾波器并聯(lián)放置,。利用一個跨接 CO 的電阻，可以阻尼濾波器,。但是,，在大多數(shù)情況下，這樣做會導致功率損耗過高,。另一種方法是在濾波器電感的兩端添加一個串聯(lián)連接的電感和電阻,。
 

　　選擇阻尼電阻

　　有趣的是，一旦選擇了四個其他電路組件,，那么就會有一個阻尼電阻的最佳選擇,。圖５顯示的是不同阻尼電阻情況下這類濾波器的輸出阻抗。紅色曲線表示過大的阻尼電阻,。請思考一下極端的情況,，如果阻尼電阻器開啟，那么峰值可能會非常的高,，且僅由 CO 和 LO 來設(shè)定,。藍色曲線表示阻尼電阻過低。如果電阻被短路,，則諧振可由兩個電容和電感的并聯(lián)組合共同設(shè)置,。綠色曲線代表最佳阻尼值。利用一些包含閉型解的計算方法（見參考文獻 1）就可以很輕松地得到該值,。
 

　　選擇組件

　　在選擇阻尼組件時,，圖6非常有用。該圖是通過使用 RD Middlebrook 建立的閉型解得到的,。橫坐標為阻尼濾波器輸出阻抗與未阻尼濾波器典型阻抗 (ZO = (LO/CO)1/2) 的比,。縱坐標值有兩個：阻尼電容與濾波器電容 (N) 的比,；以及阻尼電阻同該典型阻抗的比,。利用該圖，首先根據(jù)電路要求來選擇 LO 和 CO,，從而得到 ZO,。隨后，將最小電源輸入阻抗除以二,，得到您的最大輸入濾波器源極阻抗 (6dB),。
 

　　最小電源輸入阻抗等于 Vinmin2/Pmax,。只需讀取阻尼電容與濾波器電容的比以及阻尼電阻與典型阻抗的比, 您便可以計算得到一個橫坐標值,。例如，一個具有 10µH 電感和 10µH 電容的濾波器具有 Zo = (10µH/10 µF)1/2 = 1Ω的典型阻抗,。如果它正對一個 12V 最小輸入的 12W 電源進行濾波,，那么該電源輸入阻抗將為 Z = V2/P = 122/12 = 12Ω。這樣,，最大源極阻抗應(yīng)等于該值的二分之一,，也即 6 Ω。現(xiàn)在,，在 6/1 = 6 的 X 軸上輸入該圖,，那么，CD/CO = 0.1,，即 1 µF,，同時 RD/ZO = 3，也即 3 Ω,。