电源电路使用大量电容器
典型的 DC-DC 降压转换器使用以下电容器（见图 2）：
输出电容：在负载瞬变期间，平滑输出电压纹波和电源负载电流。通常使用几十 μF 至 100 μF 的大电容。
输入电容：除稳定输入电压外，还起瞬间供给输入电流的作用，一般使用几μF至几十μF。
旁路电容器：吸收开关操作产生的噪声以及来自其他电路的噪声。一般使用0.01μF至0.1μF。
补偿电容：用于确保反馈环路的相位裕度，防止发生振荡。通常使用几百 pF 或几十 nF。有些开关稳压器 IC 内置有补偿电容。
图2.典型降压调节器中使用的电容器。
降低电容的方法是尽量减少输出电容。接下来，我们将探讨降低输出电容的策略，然后介绍降低旁路电容要求以及在一定程度上降低输入电容要求的解决方案。
增加开关频率以降低输出电容
图 3a 显示的是典型的电流模式降压转换器框图，其中阴影区域表示反馈环路和补偿电路。
图 3. 典型降压调节器框图（a）和典型反馈特性（b）。
反馈环路的特性如图 3b 所示。环路增益为 0 dB（增益 = 1）时的频率称为交叉频率 (fC)。交叉频率越高，稳压器的负载阶跃响应越好。例如，图 4 显示了支持负载电流从 1 A 快速增加到 5 A 的稳压器的负载阶跃响应。交叉频率为 20 kHz 和 50 kHz 时的结果分别导致 60 mV 和 32 mV 的压差。
图 4. 比较降压调节器在两个交叉频率下的负载阶跃响应。
从表面上看，增加交叉频率似乎是一个简单的选择：通过化输出电压降可以改善负载阶跃响应，因此可以减少输出电容。然而，提高交叉频率会带来两个问题。首先，必须确保反馈环路有足够的相位裕度以防止振荡。通常，交叉频率需要 45° 或更大（是 60° 或更大）的相位裕度。
另一个问题是开关频率 (fSW) 和 fc 之间的关系。如果它们的大小相似，负反馈会对输出电压纹波做出反应，从而威胁稳定运行。作为指导原则，将交叉频率设置为开关频率的五分之一（或更低），如图 5 所示。
图 5. 如果开关频率和控制环路交叉频率太接近，负反馈可能会对输出电压纹波做出响应。将交叉频率保持在开关频率的五分之一以下。
要提高交叉频率，还必须提高开关频率，这又会导致顶部和底部 FET 的开关损耗增加，从而降低转换效率并产生额外的热量。电容的任何节省都会被额外的散热元件的复杂性所抵消：散热片、风扇或额外的电路板空间。
在高频操作下是否能保持高效率？答案是肯定的。Analog Devices 的许多 Power by Linear 稳压器 IC 都实现了这一点，它们采用了独特的 FET 控制，即使在较高的开关频率下也能保持高效率（图 6）。
图 6. Power by Linear 稳压器与竞争产品对比。在典型的稳压器中，当开关频率上升时，效率会下降。ADI Power by Linear 稳压器可以在非常高的工作频率下保持高效率，从而可以使用较小值的输出电容器。
例如，LT8640S 6 A 输出降压稳压器在 2 MHz 频率（12 V 输入和 5 V 输出）下工作时，在其满负载范围（0.5 A 至 6 A）内保持 90% 以上的效率。
该调节器还通过降低电感器电流纹波（ΔIL）来降低电容要求，从而降低输出纹波电压（ΔVOUT），如图 7 所示。同样，可以使用更小的电感器。
图 7. 增加开关频率以减小电容器和电感器的尺寸。
利用更高的开关频率，可以增加交叉频率，从而改善负载阶跃响应和负载调节，如图 8 所示。
图 8. 增加开关频率可改善负载阶跃响应。
Silent Switcher 稳压器显著降低旁路电容
如何减少旁路电容？旁路电容的主要作用是吸收开关操作本身产生的噪声。如果以其他方式降低开关噪声，则可以减少旁路电容的数量。实现此目的的一种特别简单的方法是使用 Silent Switcher 稳压器。
Silent Switcher 稳压器如何降低开关噪声？开关稳压器有两个电流环路：当顶部 FET 导通而底部 FET 关断时（红色环路），当顶部 FET 关断而底部 FET 导通时（蓝色环路），如图 9 所示。热环路承载完全切换的交流电流 - 即从零切换到 IPEAK 并回到零。它具有的交流和 EMI 能量，因为它产生强的变化磁场。
图 9. 开关调节器中的热回路会产生大量的辐射噪声，因为它会产生交变磁场。
斜率控制可用于通过降低栅极信号的变化率（降低 di/dt）来抑制开关噪声。虽然这可以有效抑制噪声，但这会增加开关损耗，产生额外的热量，尤其是在前面所述的高开关频率下。斜率控制在某些条件下是有效的，ADI 公司也提供具有此功能的解决方案。
Silent Switcher 稳压器可抑制热回路产生的电磁噪声，无需控制转换速率。相反，它将 VIN 引脚一分为二，从而将热回路分成两个对称的热回路。由此产生的磁场被限制在 IC 附近的区域，并在其他地方显著减弱，从而限度地减少辐射开关噪声（图 10）。
图 10.获得的 Silent Switcher 技术。
LT8640S 是该技术的第二代产品 — Silent Switcher 2（图 11），它将输入电容器集成到 IC 中。这样可以确保地抑制噪声，无需在布局中仔细定位输入电容器。当然，此功能还降低了 MLCC 要求。另一个功能是扩频频率调制，可通过动态改变开关频率来降低??噪声峰值。这些功能的组合使 LT8640S 能够轻松满足汽车 CISPR 25 Class 5 EMC 标准（图 12）。
图 11. ADI 的 Silent Switcher 2 技术将输入电容引入 IC 内，简化了布局并提高了噪声抑制效果。
图 12. Silent Switcher 2 器件中的噪声抑制功能（例如 LT8640S）组合使得即使在降低输入和旁路电容的同时也能轻松清除 CISPR 25 Class 5 峰值限制。
