结点电压法_含电容电感的怎么用节点电压例题

在当今的电信和网络设备等服务器中，通常会采用多个电压调节器来为芯片或子电路供电。由于电源轨之间的电压容差常常很小（＜1%），功率完整性的精确测量变得至关重要，特别是在全带宽范围内测量纹波电压。

本文将结合MPS产品MPQ8633B的实际数据，探讨如何精确测量并有效减少COT（恒定导通时间）模式调节器的电压纹波。

全带宽输出纹波通常包括低频（LF）纹波和高频（HF）噪声两种类型。图示展示了降压（Buck）变换器中低频（LF）纹波作为输出电压的交流分量。在现实电路中，还存在另一种被称为高频（HF）噪声的交流分量，它主要在开关导通和关断时产生。

在考虑高频（HF）工作条件时，实际电感的功能与电容阻抗类似，而实际电容则具有类似于电感阻抗的特性。简化的输出功率级电路请参续图示。高频（HF）噪声主要源自电感寄生电容（CL）和等效串联电感（ESL）引起的开关耦合高dV/dt效应。

在实验中，确保使用正确的测量设置至关重要。传统的测量方法使用1MΩ无源电压探极，但这种方法无法获得真实的电压纹波和噪声数据，因为其会吸收周边噪声并产生寄生电感。相比之下，基于50Ω同轴电缆的测量回路具有优越的效果、小环路和无信号衰减等优势。

图示展示了使用不同测量方法得到的纹波对比。通过图表可以明显看出，50Ω同轴电缆可以有效降低高频（HF）噪声。基于这一发现，后续的所有实验数据均基于50Ω同轴电缆的测量结果。

对于高频噪声，可以采取三种主要方法来降低其影响：降低开关节点的电压尖峰、降低高频工作的电感阻抗以及降低高频工作的输出电容阻抗。针对第一种方法，最有效的解决方案是降低开关导通和关断的变化斜率，这可以通过添加串联自举电阻或RC缓冲电路来实现。

在选择元件时，应根据供应商的规格书选择低寄生电容电感，并最大限度地减少噪声振铃频率周围的输出电容阻抗。通常，降压（Buck）变换器的噪声振铃频率约为几百MHz。过去，X5R/X7R陶瓷电容常被用于降低全带宽纹波，但它们并非最佳选择，尤其是对于高频应用。

为此，特别选用了专为降低高频噪声设计的NP0陶瓷电容。这种电容在高频时具有低阻抗特性，其阻抗特性与容值相关。根据高频噪声振铃频率，选择适当容值的NP0电容即可满足需求。

在应用原理图中，NP0电容被靠近IC放置，纹波测试点位于输出电容端部。这种配置能够有效地过滤大部分高频噪声和低频噪声。图示比较了使用普通陶瓷电容与NP0电容的输出纹波，明显看出NP0电容在降低高频噪声方面具有显著效果。