怎样降低Buck转换器的PSM纹波？

2021 年的时候写过一篇文章——《 PWM 和 PSM 模式的区别 》，它以最高工作电压为 17V 的 ACOT 架构 Buck 转换器 RT6252A/B 为例对 Buck 转换器的 PWM 和 PSM 模式进行了比较，刚刚有读者在该文章下留言，希望谈谈如何降低 PSM 模式下的纹波，其工作条件是 48V 转 5V 给 MCU 供电，所以我就以 RT6363 为例来谈谈这个问题。

RT6363 是最高工作电压可以到 60V 的 Buck 转换器，负载能力为 3.5A，与之同系列的器件分别可以提供 0.5A-5A 的负载能力，同时还有工业级和汽车级的型号可供用户使用，覆盖的应用范围非常广泛，我记得自己针对该系列器件写过很详细的使用说明，内容全部来自规格书，但融入了自己的理解，感兴趣的读者可以去找来看看。

RT6363 的规格书包含了决定纹波幅度的各种信息，理解它们以后就能得到降低 PSM 纹波的方法，下面我就演示一下要如何做。

如果你对 PSM 的工作形态不太了解，RT6363 规格书中的这幅图可以拿来参考：

图中的两个波形，绿色的是开关节点的电压波形，黄色的是输出电压纹波的波形。 PSM 模式下的开关动作是断续的，仅在输出电压低于预设电压的时候才会有动作，其他时间就处于静默状态以减低消耗。 输出电压纹波是与开关动作对应的，动作过程会造成输出电压的上升，不动的时候输出电压就会慢慢下降。 开关动作连续发生的数量与负载大小有关，也与每个开关动作能够将输入端的能量转移到输出端的多少有关。 如果负载和输入都非常稳定，控制回路的稳定性也很好，每次开关启动后连续动作的次数也基本相同。 下图是 PWM 模式的对应波形图，读者可以对照着比较一下它们的差异。

比较两幅图可以发现 PSM 模式下的输出纹波比 PWM 模式下的输出纹波还要小，但这是 RT6363 的特性，并非每个 Buck 器件都是如此。

现在开始探讨决定纹波大小的因素，首先从规格书里找到输出纹波的计算公式，它位于输出电容选型说明这一段内容里：

输出电容的选择取决于你对输出纹波和负载瞬变特性的需求，图中 ΔVOUT计算公式的第二个因子由 ESR 和 1/(8*fSW*COUT) 的和构成，其中的 ESR 和 COUT都是关于输出电容的参数，ESR 是其串联等效电阻，COUT是其电容量，要想 ΔVOUT最小化，只要使 ESR 最小化、COUT最大化即可。以我对常用电容的特性的了解来看，能兼具这两个特性的电容就是陶瓷电容，把多颗容量很大的陶瓷电容并联起来使用就是最好的做法。

上述因子中的另一个可变量是 fSW，其大小在 PWM 模式下比较重要，其值越大则纹波越小，因为随着周期的缩短，电感电流在每个周期里的增减幅度变小了，但 PSM 模式下就没有多大影响，因为 RT6363 在此模式下总是以最短导通时间工作，电感电流通常在每个周期里都是会回到 0 ，这个信息在下面对轻载状态的工作说明里有涉及：

RT6363 的最短导通时间参数为

最大值为 135ns，具体到每颗 IC 就会有小于或等于它的某个值，反正都是固定的，我们把它定义为TON，结合电感电流在上桥导通期间的增量计算公式：

最后发现还能影响 ΔIL大小的就是电感量 L，它越大则电感电流增量越小，对应的就是输出电压纹波越小。

总结起来就三点，一是要选用最短导通时间尽可能短的 Buck 转换器（不是每个 Buck 器件都像 RT6363 这样设计的），二是使用尽可能大的电感，三是使用串联等效电阻低、容量大的输出电容。当Buck 器件已经选定的时候，能在设计中做调整的就是电感量和电容量了。需要注意的是电感和电容都属于 Buck 控制回路中的滞后元件，大电容和大电感的使用会带来稳定性的提高，相应的响应速度就降低了，补偿电路的参数要进行有针对性的设计，这部分内容可在 RT6363 规格书的应用说明部分里找到，设计时一定要去认真阅读并进行相应的计算，以便你的设计能有最好的调节特性。

RT636x 系列器件的特性与 RT6363 几乎都是一样的，所以本文所述内容也同样适用于它们。需要参考 RT6363 规格书的读者可点击文末阅读原文以快速找到它，其他型号就要请用浏览器进入立錡网站查询了。

审核编辑：汤梓红