- 脉宽调制式与准谐振零电流开关的工作比较
- 采用正向开关拓朴
- 利用调节脉冲的宽度来提供输出电压及足够的电流
- 选择一个合适的拓扑架构
所有的电子设备都是以直流电供电的，通常是经过AC整流。再由DC-DC转换器转压，转到负载所需的电压。目前，大部份的DC-DC转换器己普遍以高频率的开关技术为基础，有效的高频率开关一直被视为模块功率密度大小，性能表现优劣的关键。开关频率愈高，所用的磁性元件和电容愈小，反应时间更快，噪声更低，所需滤波器较细小。
但是所有的DC-DC转换器还是会产生电磁干扰(EMI)或者噪声的，而所产生的噪声水平，不论是共模的，差模的或者是辐射噪声，会因为不同的生产厂，或者是采用不同的转换技术而产生很大的差异，这些差别的根源在于这些噪声是如何产生的。
虽然没有一种功率转换拓朴结构是完美的，但有些拓朴结构是特别配合某些应用要求的。市面上有上百种的DC-DC转换器，各有不同的设计和拓扑结构，大体可以归为两大类：脉宽调制式(PWM)和准谐振零电流开关(ZCS)两种。
要完全了解数量这么多的拓朴结构是非常艰巨的任务，本文只着重分析两种主流拓朴结构的噪声表现。具体比较固定频率DC-DC转换器(PWM)和变频准谐振DC-DC转换器(零电流ZCS)的表现。
脉宽调制式与准谐振零电流开关的比较
脉宽调制式(PWM)模块的功率密度是有局限的，因为它需要在工作效率和开关频率间作取舍。问题的核心在于“开关损耗”。开关元件在瞬时导通和关断时，使电感电流产生不连续性的状态，因而产生热量。由开关损耗引发的功耗，会直接随着脉宽调制式模块的开关频率增高而增大，直至它变为一个显着的耗损成因，达到了那一点，效率会迅速减低，开关元件所承受的热及电能应力变得无法处理。这种非零电流开关模块具有开关损耗的属性，变为开关频率障碍，限制了它提升功率密度的能力。
准谐振的零电流开关转换器采用正向开关拓朴，只在电流经过零的时侯才开关，克服了开关频率障碍。每个开关周期传送等量的“能量包”到模块的输出端。每个“开”与“关”都在零电流的瞬间进行，形成一种近于没有功耗的开关。零电流开关转换器的工作频率可超出1MHz。它避免了传统拓朴结构那不连续性电流的特性；实现“无功耗”的把能量由输入传输至输出，大大减低传导和辐射噪声。
由PWM和ZCS转换器衍生出来的噪声是有很大分别的。图1比较PWM和ZCS转换器的传导噪声，很明显的，ZCS转换器的波形是一个正弦波而不是方波。此外，由于电流的波形没有几乎垂直上升和下降的尖削部份，而且谐波含量较低，减少寄生元件的应力，因而噪声更低。相反，PWM的输入电压是以固定频率开关(一般是数百kHz)，做成一连串的脉冲，利用调节脉冲的宽度来为负载提供正确的输出电压及足够的电流。满载时，电流的波形好像是一个方波(图2)。
图1–带共模扼流圈的零电流开关转换器(图左)和带滤波器的脉宽调制转换器(图右)的传导输入噪声频谱。
图2-零电流开关和脉宽调制式架构的电流波形
很多电源工程师都以为，滤掉固定频率转换器所产生的噪声比滤掉变频转换器的来得容易，事实刚好相反1。这只是“固定频率”这名词带来的错觉。基本上是个“误称”。因为两个架构都同时拥有大体固定频率的元素，和因应操作点而改变的不固定频率元素。
转换器规格:48V输入，5V输出，30A。
图2比较电流流到主开关的波型图。准谐振转换器的频宽或导通时间T1是固定的，而开关频率T2是可变的。相反，PWM转换器的开关周期是固定的，而频宽是可变的。图3显示这两个拓扑产生的噪声图谱。
图3–PWM(上图）和零电流开关（下图）的电流波形和频谱。注：波形并不按比例绘制。
然而，在变频的设计，因为它基本上是一个半波整流的正弦波，没有涉及电流波型的上升及下降陡边的高频份量。因此，变频转换器的波型频谱幅度较低，带宽也较窄。
在PWM变换器，大部分能量是在固定频率及其奇数倍数﹝谐波﹞上的。一个100kHz的PWM变换器，它的传导噪声主要在100kHz，有一些在300和500kHz。因为它是方波，在10–30MHz间有明显的谐波，也就是高的di/dt激发了转换器内的寄生元件。需预备足够的输入滤波器来滤掉满载时的100kHz噪声。这些转换器的波形，频谱噪声水平较高，谐波分布范围较广。
显然，如要尽量减少DC-DC转换器的噪声，第一个步骤应是选择一个合适的拓扑架构，如固有共模噪声较低的零电流开关。此外，在噪声敏感的应用，应避免使用具以下特性的转换器。如把控制器件安装在铜板，这样会使把初级控制元件和次级控制元件间，透过铜板产生寄生电容，因而形成更高幅度的共模噪声。
