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Motorola元件库的Buck变换器输出纹波分析与抑制.docx
资料介绍
147 Motorola 元件库的 Buck 变换器输出纹波分析与抑制
纹波组成机理、低 ESR 电容选型与后级滤波网络设计
一、概述
Buck 变换器的输出纹波是衡量电源质量的核心指标之一，过大的纹波会干扰负载电路的正常工作——对 ADC 参考电压引入噪声、对射频电路产生杂散调制、对高速数字电路造成时序抖动。输出纹波由输出电容的容性分量和 ESR 分量共同组成，理解两类分量的贡献比例是制定纹波抑制策略的前提。Motorola 电源 IC 的库参数中标注了开关频率和输出电容推荐值，设计者可据此估算预期纹波水平。
二、输出纹波的组成与计算
Buck 变换器输出纹波由两部分构成：
1. 容性纹波 Vcap：电感电流纹波 ΔIL 对输出电容 Co 充放电产生的电压变化。在忽略 ESR 的理想情况下，Vcap = ΔIL / (8 × fsw × Co)。容性纹波与开关频率 fsw 和输出电容 Co 成反比。fsw=300kHz、Co=100μF、ΔIL=0.5A 时，Vcap≈2.1mV。
2. ESR 纹波 VESR：电感电流纹波流过输出电容的等效串联电阻 ESR 产生的压降。VESR = ΔIL × ESR。当使用电解电容（ESR 典型值 0.1Ω~0.5Ω）时，VESR 通常占主导；当使用 MLCC 陶瓷电容（ESR≈5mΩ~20mΩ）时，VESR 大幅降低。
3. 总纹波 Vripple：在 ESR 和容性分量相当时，总纹波为二者矢量和。工程估算可取 Vripple ≈ √(Vcap² + VESR²)。但当 ESR 分量占绝对主导时，Vripple ≈ VESR。
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