电池供电设备中的升压转换器（Boost Converter）在轻载状态下存在效率与噪声的经典权衡：Burst Mode（突发模式）轻载效率最高、静态电流最低，但输出纹波、等效开关频率波动与 EMI 控制最差；Pulse-Skipping Mode（脉冲跳跃模式）保留固定系统时钟、仅跳过部分开关周期，效率与频谱稳定性居中；CCM/FPWM（强制连续导通）噪声最低但效率最差。
对于电池供电设备而言，升压转换器在轻载状态下面临一个经典难题：提高轻载效率通常会增加输出纹波与噪声，而降低噪声往往会牺牲轻载效率。
在实际设计中：
- Burst Mode（突发模式）效率最高
- Pulse-Skipping（脉冲跳跃模式）兼顾效率与噪声
- CCM/FPWM（强制连续导通）噪声最低但效率最差
对于音频设备、ADC 采集系统和射频前端等敏感负载，除了合理选择工作模式外，通常还需要增加 LC 输出滤波器进一步降低纹波与尖峰噪声。
为什么轻载升压转换器会出现纹波和尖峰？
先看下面这张示波器波形图。
图1：LT8330 升压转换器输出端的纹波与尖峰——高频毛刺主要来自开关管切换的瞬间（图片来源于 Analog Devices）。
LT8330 在轻载运行时，输出纹波约为 9mV，同时伴有明显的高频尖峰。
这些尖峰主要来源于：
- MOSFET 开关瞬间产生的高频噪声
- 电感储能与释放过程中的寄生振荡
- PCB 布线寄生参数引起的高频谐振
如果驱动的是 LED 照明，这类噪声通常影响不大。
但对于以下应用：
- 音频功放
- 高精度 ADC
- DAC
- 射频前端（RF Front-End）
- 传感器信号调理电路
高频尖峰可能导致：
- 底噪上升
- 测量精度下降
- EMI 超标
- 射频灵敏度降低
因此，如何同时获得高效率和低噪声输出，成为升压电源设计的重要课题。
本文将以 Analog Devices 的 LT8336 与 LT8330 为例，分析轻载模式下的设计权衡。
什么是升压转换器（Boost Converter）？
升压转换器的作用非常简单：将较低输入电压转换为更高的输出电压。
例如：
| 输入电压 |
输出电压 |
| 3.7V 锂电池 |
5V |
| 3.7V 锂电池 |
12V |
| 5V USB供电 |
24V |
| 12V 电源 |
34V |
其核心原理是：
- 电感存储能量
- 开关管周期性导通与关断
- 将储存能量释放到输出
- 提高输出电压
因此 Boost Converter 广泛应用于：
- 便携式设备
- 工业控制
- LED 驱动
- 医疗电子
- 无线通信设备
为什么轻载效率设计最困难？
轻载（Light Load）指的是输出电流很小的工作状态。
例如：
此时负载可能仅消耗几十毫安甚至几毫安电流。
但是升压转换器内部仍需要维持：
这些都会持续消耗功率。
因此如果控制策略不合理：
- 满载效率可能超过 90%
- 轻载效率却可能下降到 60% 甚至更低
最终直接缩短电池续航时间。
对于可穿戴设备、IoT 终端和便携仪表而言，这种损失往往无法接受。
Burst Mode 与 Pulse-Skipping Mode 有什么区别？
这是很多电源设计工程师经常搜索的问题。
Burst Mode（突发模式）
Burst Mode 会集中完成一次能量传输，然后让大部分电路进入休眠状态。
特点：
- ✅ 轻载效率最高
- ✅ 静态电流最低
- ✅ 最适合电池供电产品
缺点：
- ❌ 输出纹波增加
- ❌ 等效开关频率不断变化
- ❌ EMI 控制难度增大
- ❌ 容易产生低频“喘振”现象
Pulse-Skipping Mode（脉冲跳跃模式）
脉冲跳跃模式保留固定系统时钟。
当负载变轻时：
特点：
- ✅ 效率高于 FPWM
- ✅ 开关频率相对稳定
- ✅ EMI 更容易预测
- ✅ 更容易进行滤波设计
缺点：
- ❌ 效率低于 Burst Mode
- ❌ 仍存在一定纹波增加
CCM、DCM 和 FPWM 之间是什么关系？
这是升压转换器设计中最容易混淆的概念之一。
许多工程师误以为：DCM 是一种独立工作模式。
事实上并非如此。
DCM（断续导通模式）
DCM 仅表示一种电流状态：每个周期结束时，电感电流下降到 0A。
它并不是控制模式。
CCM（连续导通模式）
CCM 表示：电感电流始终大于零。
特点：
固定时钟 DCM 才是真正的折中方案
对于 LT8336、LT8330 等器件来说：固定时钟 Pulse-Skipping 架构下的 DCM 通常是较好的平衡点。
它能够同时获得：
- 较高轻载效率
- 相对稳定频谱
- 更容易控制 EMI
- 更容易优化输出噪声
因此，真正值得追求的不是单纯 DCM，而是固定频率控制下的 DCM 运行状态。
如何进一步降低升压转换器输出纹波？
即使选择了最合适的控制模式，对于：
- 音频系统
- ADC 参考电源
- RF 电路
- 高精度传感器
输出噪声仍可能无法满足要求。
此时通常需要增加：二阶 LC 输出滤波器。
LC 滤波器能够有效抑制：
其优势包括：
- 不影响转换器控制环路
- 降低高频噪声效果明显
- 适用于敏感模拟电路
关键要点总结
- Boost Converter 用于将低电压提升至更高电压。
- 轻载效率直接影响电池供电设备的续航时间。
- Burst Mode 效率最高，但纹波和 EMI 最大。
- Pulse-Skipping Mode 在效率和噪声之间取得较好平衡。
- DCM 是电流状态，而不是独立工作模式。
- 固定时钟 DCM 通常是轻载优化设计的重要折中方案。
- 音频、ADC 和 RF 应用通常需要额外的 LC 输出滤波器降低噪声。
FAQ：升压转换器轻载设计常见问题
LT8330 轻载时为什么会出现尖峰噪声？
主要由开关管切换瞬间产生的高频振铃、寄生电感和寄生电容共同作用导致。
Burst Mode 一定优于 Pulse-Skipping Mode 吗？
不一定。如果系统更关注电池续航，Burst Mode 更合适；如果更关注 EMI 和输出噪声，Pulse-Skipping 通常是更好的选择。
DCM 是否比 CCM 更省电？
在轻载条件下通常是的，但具体效果取决于控制算法、开关频率和芯片架构。
音频系统应该选择哪种运行模式？
一般推荐固定频率 FPWM 或固定时钟 Pulse-Skipping 模式，并结合 LC 滤波器降低输出噪声。
发表于 16 小时前
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