關(guān)注“電源先生”，解析開(kāi)關(guān)電源

管理學(xué)大師史蒂芬·柯維在《高效能人士的7個(gè)習(xí)慣》這本書(shū)中給出的第二個(gè)習(xí)慣是“以終為始（BEGIN WITH THE END IN MIND）”，“所有事物都經(jīng)過(guò)兩次的創(chuàng)造——先是在腦海里醞釀，其次才是實(shí)質(zhì)的創(chuàng)造”。借用此理，應(yīng)該說(shuō)所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，當(dāng)然也包括電源電路設(shè)計(jì)，都需要從“設(shè)計(jì)需求”這個(gè)“終”開(kāi)始。

如下圖所示，降壓型開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)流程或整體思路如下：

(1) 確定設(shè)計(jì)需求。

比如輸入電壓的范圍，輸出電壓值，輸出的紋波電壓大小，能夠提供的負(fù)載電流能力等。

(2) 配置開(kāi)關(guān)頻率。

確定開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器工作的開(kāi)關(guān)頻率，計(jì)算配置電阻大小。對(duì)于固定開(kāi)關(guān)頻率的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，則無(wú)需配置。

(3) 選擇合適的電流紋波系數(shù)，計(jì)算各功率元件的電壓和電流應(yīng)力。

在此確定電流紋波系數(shù)，是因?yàn)樵搮?shù)會(huì)影響到輸出紋波電流的大小，進(jìn)而影響功率電感參數(shù)的選擇，進(jìn)而影響輸出紋波電壓的大小，進(jìn)而影響輸出電容參數(shù)的選擇。

計(jì)算完成后，作為依據(jù)，進(jìn)行開(kāi)關(guān)管、功率電感和續(xù)流二極管等元件選型。

(4) 根據(jù)設(shè)計(jì)需求，配置功率電感。

(5) 根據(jù)設(shè)計(jì)需求，配置輸入和輸出電容。

根據(jù)設(shè)計(jì)需求中輸入紋波電壓的要求，通過(guò)計(jì)算得到輸入端所需的最小容值（如果設(shè)計(jì)中沒(méi)有輸入紋波電壓的要求，則可以不關(guān)心輸入端所需的最小容值）。

根據(jù)設(shè)計(jì)需求中的“負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)”、“輸出電壓過(guò)沖”和“輸出端紋波電壓”三個(gè)要求，計(jì)算所需輸出電容的最小值。

根據(jù)紋波電壓和紋波電流計(jì)算輸出電容上所允許的等效串聯(lián)電阻(ESR)的最大值。

另外，還可計(jì)算輸出電容上的均方根電流，也是進(jìn)行電容選型的依據(jù)之一。

(6) 電路輔助功能設(shè)計(jì)。比如軟啟動(dòng)時(shí)間配置、欠壓保護(hù)功能配置，以及時(shí)序設(shè)計(jì)等。

(7) 配置輸出電壓。

(8) 計(jì)算誤差放大器的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

(9) 原理圖設(shè)計(jì)，PCB Layout，完成電路設(shè)計(jì)。

上圖所示，TPS54561DPRT規(guī)格書(shū)中的設(shè)計(jì)實(shí)例，與我們上述的設(shè)計(jì)流程是相似的。

這里值得注意的是，“配置輸出電壓”，需要放在功率元件選型完成、功能電路配置完成之后，特別是在“環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)”之前，因?yàn)楦哌叿答侂娮鑵⑴c環(huán)路，其值會(huì)影響環(huán)路參數(shù)。這點(diǎn)，將在后續(xù)環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)內(nèi)容中說(shuō)明。

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