首先,使用同步整流型降压DC/DC转换器的等效电路来了解一下开关电源电流的路径:

图4-1:Q1(高边开关)ON 时的电流路径
如图4-1所示,Q1为高边开关,Q2为低边开关。Q1导通时,此时Q2为关断状态,电流Iin路径是从输入电容器Cin(上阶段Cin已经充满电)到Q1、再经由电感L到输出电容器Cout和负载Rload。

图4-2:Q2(低边开关)ON 时的电流路径
图4-2在Q2导通时,此时Q1为关断状态,Q1导通阶段Cout已经储满电量,Q1刚进入关断时,电感L其反向电动势维持输出电流Iout,而后电感能量减弱,Cout就会开始参与放电维持Iout,注意看电容蓝色电流虚线,电流路径是L经由负载Rload到Q2。

图4-3:图4-1和图 4-2的电流路径差异
图4-3绿框表示图4-1和图4-2这些电流路径之间的差异,每当开关ON/OFF时,红色线路的电流都会急剧变化。该环路的电流变化非常剧烈,所以会因PCB布线的电感分量而在环路内产生高频振铃,产生的电压可通过下列公式来计算:

如果在电感分量为10nH的布线中1A电流在10ns内变化,则将产生1V电压。

图4-4:电源电路的实装电路板的寄生分量
红色部分标出的是图4-4所表示的电流在急剧变化的环路中的寄生分量,布线中存在布线电感,通常每1mm有1nH左右的电感。另外,电容器中存在等效串联电感ESL,MOSFET的各引脚间存在寄生电容,而开关MOS的上升/下降时间是几ns。因此,如图4-5波形图所示,开关节点将产生100MHz~300MHz的振铃。所产生的电流和电压,可通过如下给出的两个公式求得。


图4-5:寄生分量和振铃之间的关系
图4-6:开关电源电路产生的噪声2#:可通过优化PCB布线等做法来降低这种开关噪声,但即使这样,残留的噪声也会作为共模噪声传导至输入电源,因此需要采取措施防止噪声泄露。