級聯(lián)低壓差穩(wěn)壓器SMPS可以抑制紋波

降壓型SMPS(開關電源)能有效地將未穩(wěn)壓的電源轉換為穩(wěn)定的輸出電壓。但是，輸出端會出現(xiàn)由開關而產(chǎn)生的有害紋波和輸入瞬變。如將有噪聲的電源加在RF功率放大器上，則會在廣播頻譜中注入寄生信號或調制噪聲。模擬系統(tǒng)工程師與RF系統(tǒng)工程師都青睞傳統(tǒng)的低噪聲電源設計，它包括一個變壓器、整流器和濾波器，后面是一個線性穩(wěn)壓器。一只低壓差線性穩(wěn)壓器的低輸出噪聲和高PSRR(電源抑制比)可以確保干凈的電源，不會造成對功率放大器輸出的干擾。

　　不幸的是，變壓器和整流器電源的輸出電壓會隨著輸入電壓而產(chǎn)生波動。當輸入、輸出之間電壓差增大時，低壓差穩(wěn)壓器的效率降低，功耗增加。為了在低交流線路電壓下保持穩(wěn)壓，即使低壓差穩(wěn)壓器也需要一定量的輸入/輸出電壓裕度。

　　為克服兩類電路的固有缺點，可以用一個SMPS來保持高效率，而用一個低壓差穩(wěn)壓器減少SMPS的輸出噪聲和紋波電壓。將SMPS的輸出電壓設定在略高于低壓差穩(wěn)壓器的最小壓差電壓上，以降低穩(wěn)壓器的功耗，使之適應對開關噪聲抑制和保持高效率的要求。穩(wěn)壓器增加的PSRR以及組合電路的PSRR都超出單個穩(wěn)壓器或SMPS的性能。

　　圖1顯示的是由一個包含SMPS和后隨線性穩(wěn)壓器構成的級聯(lián)電路。該電路的輸出電壓范圍從1.5V ~ 5V，輸出電流高達400 mA。雖然這里采用固定 6V 電源為級聯(lián)電路供電，但它的設計能適用于任何輸入電壓，只要該電壓比級聯(lián)對所需的輸出電壓高出0.5V。

　　在0V ~ 1.105V之間調整基準電壓VSET就可以線性地改變電路的輸出電壓。電阻器R1與R2以及基準電壓 VSET確定了低壓差穩(wěn)壓器的輸出電壓，因此也確定了級聯(lián)的輸出電壓。電阻器RT、RB、R3和R4對VSET分壓，使SMPS的輸出電壓VPS保持恒定高于穩(wěn)壓器輸出電壓0.2V，在滿程輸出電流和任何輸出電壓情況下，將穩(wěn)壓器的功耗降至80mW。

　　在最大輸出電流 400 mA 時，6V 輸入和 4.69V 輸出的級聯(lián)電源達到 89% 的最高效率(圖 2)?？傂蕰S著輸出電壓的下降而減小。圖 3 是只有 SMPS 的 PSRR 與SMPS級聯(lián)了穩(wěn)壓器的 PSRR做比較，在 500 Hz 時 PSRR 提高了 46 dB，這實際上是 500 Hz 時只用穩(wěn)壓器的值。

　　在100 Hz ~ 100 kHz 頻率范圍內，低壓差穩(wěn)壓器將 PSRR 提高了至少 25 dB(圖 3)。電路布局和測量技術都增加了精確測量小信號的困難，圖形中的 PSRR 值也可能并不顯示增長。線性穩(wěn)壓器決定著電路的開關負載瞬變響應，它可能在 SMPS 響應上有所提高。但是，級聯(lián)電路的低輸出紋波和高效率就已經(jīng)使該電路值得研究了。