电源设计经验谈 3：阻尼输入滤波器——第一部分
开关调节器通常优于线性调节器，因
为它们更高效，而开关拓扑结构则十分依
赖输入滤波器。这种电路元件与电源的典
型负动态阻抗相结合，可以诱发振荡问题。
本文将阐述如何避免此类问题的出现。
一般而言，所有的电源都在一个给定
输入范围保持其效率。因此，输入功率或
多或少地与输入电压水平保持恒定。图 1
显示的是一个开关电源的特征。随着电压
的下降，电流不断上升。
图 1 开关电源表现出的负阻抗
负输入阻抗
电压-电流线呈现出一定的斜率，其从
本质上定义了电源的动态阻抗。这根线的
斜率等于负输入电压除以输入电流。也就
是说，由 Pin = V . I，可以得出 V = Pin/I；
并由此可得 dV/dI = –Pin/I2 或 dV/dI
≈ –V/I。该近似值有些过于简单，因为
控制环路影响了输入阻抗的频率响应。但
是很多时候，当涉及电流模式控制时这种
简单近似值就已足够了。
为什么需要输入滤波器
开关调节器输入电流为非连续电流，
并且在输入电流得不到滤波的情况下其
会中断系统的运行。大多数电源系统都集
成了一个如图 2 所示类型的滤波器。电
容为功率级的开关电流提供了一个低阻
抗，而电感则为电容上的纹波电压提供了
一个高阻抗。该滤波器的高阻抗使流入源
极的开关电流最小化。在低频率时，该滤
波器的源极阻抗等于电感阻抗。在您升高
频率的同时，电感阻抗也随之增加。在极
高频率时，输出电容分流阻抗。在中间频
率时，电感和电容实质上就形成了一种并
联谐振电路，从而使电源阻抗变高，呈现
出较高的电阻。
大多数情况下，峰值电源阻抗可以通
过首先确定滤波器 (Zo) 的特性阻抗来估
算得出，而滤波器特性阻抗等于电感除以
电容所得值的平方根。这就是谐振下电感
或者电容的阻抗。接下来，对电容的等效
串联电阻 (ESR) 和电感的电阻求和。这样
便得到电路的 Q 值。峰值电源阻抗大约
等于 Zo 乘以电路的 Q 值。振荡
但是，开关的谐振滤波器与电源负阻
抗耦合后会出现问题。图 3 显示的是在
一个电压驱动串联电路中值相等、极性相
反的两个电阻。这种情况下，输出电压趋
向于无穷大。当您获得由谐振输入滤波器
等效电阻所提供电源的负电阻时，您也就
会面临一个类似的电源系统情况；这时，
电路往往就会出现振荡。
