DCDC常见问题之输出纹波大

DCDC在目前的电子产品中使用越来越常见，但是出来的问题也越来越多，下面我们将介绍DCDC输出常见的问题。该问题是一个系列，今天我们介绍的是DCDC设计时，DCDC输出电压纹波的介绍以及如何去改善。

纹波

电源输出交流纹波可以视为是直流输出叠加一个交流成份；从图中可以看出，纹波中包括了两个交流成份：

• 一个是频率为两倍工频输入电压的正弦波，这是由交流输入整流电路引起的；
• 另外一个是由开关电源导通和关断引起的纹波，其频率等于开关电源的工作频率。

DDR等要求的纹波大小：

纹波过大的弊端：
1.导致输入电平判别错误；
2.导致器件工作异常；
3.在音频中导致输出噪声；
4.射频电路导致指标恶化如EVM。
5.等等……

滞后模式DCDC设计电路

典型DCDC设计如下，看起来很简单，但是经常出现问题。

最常见的DCDC结构，滞后模式DCDC控制，原理就是Vout输出电压经过R1和R2反馈之后，给到Vsense引脚，引脚和内部参考电源比较后给到PH引脚内部MOS控制信号，来起到调节输出电压的作用。所以此工作模式下是需要纹波电压的。

后续DCDC的发展

后续DCDC发展为了适应不同场景，逐渐发展出了不同的技术，例如TI的DCAP和其他厂商的COT功能DCDC。这些方案的提出都是基于前面滞后模式DCDC的基础。

带COT的DCDC

COT 指的是恒定导通时间；ACOT指的是自适应恒定导通时间。这些都是为了提升瞬态响应而来的，最终我们看到的结果就是纹波减小了。

瞬态响应也就是动态指标，就是负载在急剧变化时，导致输出电压波动很大，也就是纹波很大；简单理解就是DCDC输出功率是一定的，但是在一瞬间DCDC输出负载很大，而功率一定，导致输出电压降低，这种情况是我们不需要的。而之前滞后控制的DCDC因为是逐周期控制的，所以必须要等到下一个周期才能调整；但是新的COT模式下，我们可以调整周期，使得尽快调整输出电压，进而在短时间内恢复正常电压，也就是最终我们看到的纹波很小。

如上图中的C5电容就是前馈电容，此电容的加入使得交流波形更快的进入电源反馈端，而DCDC内部接收到这个信号，很快的进行调整；图中显示的是OPEN状态，但是实际上我们很多场景下都需要增加这个电容，特别是负载是CPU、GPU或者射频类芯片。

COT 有无前馈电容两者对比如下

关于前馈电容的介绍如下所示：
前馈电容的作用-DCDC

此文章翻译自TI相关文档。

对于纹波过大时的整改措施

1.输出增加一定数量、一定容值的电容；

在增加瓷片电容时都可以；
再增加电解电容时尽量选择高频低阻，就是低ESR的；

2.注意电感的选择；

电感越大，纹波越小，其本质是纹波电流越小；

3.注意反馈电阻的选择；

反馈电阻在频与来看会决定穿越频率、零点和极点的分布，所以尽量按照数据手册选取；

4.注意增加前馈电容以及大小选择；

前馈电容的意义在前面多少了解了，所以这个就不说了；

5.注意实际DCDC设计时的Layout；

功率环路尽量小；反馈环路要避免经过强干扰信号周围；

6.注意芯片选型，在负载大的场合选择合适的芯片；

如果芯片本身很差，那么外部所做的各种修改都无法解决纹波过大的情形。

DCDC纹波大小是系统性的问题，在多数情况下通过以上措施可以减小，但是要想最小，需要以上各点都需要注意才行，但是实际上我们大多是应用型的，对于DCDC所涉及到的小信号模型等二阶方程不明白，所以很多是试的；因此以上方法可以减小，本人亲自试过，如果需要从根本上提出科学方案，需要极其熟悉DCDC设计相关理论，包含外部电路与内部芯片设计相关，大家有实力可以去做这件事。

Reference

【1】TI-Optimizing Transient Response of Internally Compensated dc-dc Converters With Feedforward Capacitor

【2】https://techweb.rohm.com/knowledge/dcdc/dcdc_pwm/dcdc_pwm03/2734

【3】https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an136f.pdf

【4】http://www.ti.com/lit/an/snva638a/snva638a.pdf

【5】https://www.edn.com/dc-dc-converter-pcb-layout-part-1/

【6】https://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN735.pdf