影响DCDC输出纹波的因素有哪些？
一、 影响DC-DC输出纹波的主要因素
输出纹波是叠加在直流输出电压上的高频噪声，其根源在于开关电源的“开关”本质。主要影响因素可以分为以下几类：
1. 电容相关因素
输出电容的容值与ESR：
容值： 输出电容在开关管导通时充电，在关断时放电，为负载提供电流。容值越大，充放电引起的电压变化（ΔV）就越小。
ESR： 等效串联电阻。这是关键因素。开关电流流过输出电容的ESR会产生一个与电流变化率成正比的纹波电压（Vripple_esr = ΔI * ESR）。通常，ESR是低频纹波的主要贡献者。
输出电容的ESL： 等效串联电感。它会抑制高频电流的突变，并在电流变化时产生感应电压（V = L * di/dt），这是高频噪声和振铃的来源。
输入电容： 输入电容为开关管提供高频电流通路。如果输入电容容值不足或ESR/ESL过大，会导致输入电压波动，这个波动会通过IC的PSRR传到输出端，并可能引起稳定性问题。
2. 电感相关因素
电感值： 电感值决定了纹波电流（ΔIL）的大小。根据公式 ΔIL = (Vin - Vout) * Ton / L，电感值L越大，纹波电流ΔIL越小。纹波电流直接决定了输出电容的充放电电流。
电感的饱和电流： 如果负载电流过大导致电感饱和，其电感值会急剧下降，纹波电流会暴增，从而导致输出纹波急剧恶化。
电感的DCR： 直流电阻，主要影响效率，对纹波直接影响较小。
3. 布局与布线
高频环路面积： 这是产生电磁干扰和噪声的关键。最重要的两个环路是：
输入电容环路： 从输入电容到开关管（上管）再到地。这个环路电流变化率（di/dt）极大，面积过大会产生强大的电磁场，耦合到其他部分。
开关节点环路： 从开关节点到电感、输出电容，再通过地返回。这个节点电压变化率（dv/dt）极高，面积过大会像天线一样辐射噪声。
地线设计： 地线走线过长、过细或有环路，会引入共同的阻抗，导致噪声相互耦合。“单点接地”或“星形接地” 对控制纹波至关重要。
反馈路径： 反馈走线如果靠近噪声源（如电感、开关节点），噪声会直接耦合到敏感的反馈端，扰乱控制环路，甚至引起振荡，使纹波变大。
4. 控制环路与工作参数
环路稳定性： 如果补偿网络设计不当，控制环路可能不稳定或相位裕度不足，导致输出出现低频振荡或振铃，大大增加纹波。
开关频率： 开关频率越高，纹波电流的频率也越高，输出电容和电感更容易滤波，理论上有利于降低纹波幅值。但同时，高频下的开关噪声（由dv/dt和di/dt引起）会更突出。
负载电流： 负载电流的变化会影响纹波电流的大小和工作模式（CCM/DCM），从而影响纹波。
二、 降低输出纹波的改善思路
根据以上因素，我们可以系统地采取以下措施来降低纹波。
1. 优化输出电容
使用低ESR电容： 这是最直接有效的方法之一。通常采用聚合物电容或MLCC，它们具有极低的ESR。
并联多个电容： 并联可以减小总的ESR和ESL，同时增加总容值。通常采用“一大一小”的策略：
大容量低ESR电容（如聚合物电容）： 负责处理低频纹波电流。
小容量MLCC（如100nF~10μF）： ESR和ESL极低，负责滤除高频噪声，并就近放置在负载或IC旁边。
注意电容的谐振频率： 确保电容组合的有效滤波范围覆盖开关频率及其谐波。
2. 优化电感选择
适当增大电感值： 在满足动态响应要求的前提下，选择稍大一些的电感值，可以显著减小纹波电流ΔIL。这是降低纹波的根本方法之一。
确保饱和电流足够： 选择的电感饱和电流必须大于系统的峰值电流（通常为负载电流 + 1/2 * 纹波电流），并留有充足余量。
3. 改进PCB布局 - 这是低成本高效益的关键
最小化关键环路面积：
输入电容紧靠IC： 将输入电容尽可能靠近IC的VIN和GND引脚放置，缩短高频电流环路。
开关节点面积最小化： 连接电感、上管和下管的开关节点PCB铜皮面积应尽可能小，以减少天线效应。
采用单点接地/星形接地： 将输入电容的地、输出电容的地和IC的GND引脚在一个点连接起来，避免噪声电流流过信号地。
保护反馈网络：
反馈走线尽量短而直。
远离噪声源（电感、开关节点）。
在反馈分压电阻上并联一个小电容（如10-100pF），可以滤除耦合到反馈点的高频噪声。
4. 使用后级滤波
添加LC滤波器： 在输出之后额外增加一个小的电感和电容，构成二阶滤波。这能极大地衰减开关频率及其谐波。注意，新增的电感会引入一定的直流压降。
添加铁氧体磁珠： 在输出路径上串联一个铁氧体磁珠，再并联一个到地的小电容（如10μF MLCC）。磁珠对高频噪声呈现高阻抗，而对直流电阻很小，是滤除特定高频噪声的有效手段。
5. 调整工作参数与IC选择
选择更高开关频率的IC： 在效率和成本允许的情况下，更高的开关频率允许使用更小的电感和电容，同时使后级滤波更容易。
确保环路补偿正确： 参考IC数据手册的指导，正确设计补偿网络，确保环路稳定且有足够的相位裕度。
总结与改善思路流程图
为了更直观地展示改善思路，可以参考以下排查和优化流程：
实践建议：
先仿真后设计： 使用LTspice、PSIM等工具进行仿真，预估纹波性能。
测量方法很重要： 使用示波器测量纹波时，务必使用探头的接地弹簧，而不是长长的地线夹，否则会引入巨大的测量噪声。将示波器带宽限制在20MHz可以更准确地看到低频纹波。
分步调试： 从最便宜、最简单的措施开始，如优化电容组合和PCB布局，再考虑更换电感或增加后级滤波器。