如何使开关电源设计更简单及使用开关电源的一些问题

在线电源设计的第一步是定义电源需求,包括电压范围、输出电压和负载电流。可能的解决方案会得到自动评估,并将一、两个推荐方案呈现给用户。 这也是设计者可能遇到麻烦的第一个地方:如果需求的表达不正确(例如,如果实际的输入电压范围高于或低于输入值),则不适合的解决方案也会显示。用户可以尝试多组需求,但必须对系统需求有清晰的概念。
  当选定了稳压器解决方案后, 就可以确定该电路的元器件。该工具会会显示元器件的号码。用户可以更改为一个预设的替代品,或输入一个定制元件。对于元器件值和所有关键的
  寄生参数值都有指导。 如果采用了与推荐值差异较大的定制元件,恐怕性能就会下降不少。
  1  性能评估
  一旦选定了电路元器件, 就到了评估性能的时候了。一般来说,性能评估要看频率响应值(交叉频率和相位裕度)、峰值电流和电压,以及热性能值(效率、结温和元件温度)。尽管这些计算建基于模型,仿真结果与工作台数据还是匹配得很好的。
  2  电气仿真与热仿真
  电气仿真支持某些解决方案。这些仿真器会显示出逻辑图,用户可以进一步更改元器件,并在稳压电路上运行测试。现有的测试包括波德图、稳态、线路瞬态、负载瞬态和起动。(注意,波德图只能用于那些采用固定频率稳压器 IC 的电路。)为使在线测试更有用,用户应仔细检查所有测试条件。输入电压和负载电流对每次测试都可能会变化,而默认值可能与用户的系统不相匹配。用户必须先估计出应得的结果,如果仿真结果与之不同,去找出原因。
  热仿真可以用于许多方案。在线工具会用一个参考设计布局,评估在 PCB 板上实现的稳压电路。元器件和电路板温度的结果以全彩图象及表格显示。由于热仿真运行得较快(几分钟内就可以给出结果),精度自然比不上一个耗费数小时的详尽 CFD(计算流体动力)仿真结果。但是,温度估计一般在实际值的 20°C 内。这对于确定电路板或元器件的热点,防止出现过热情况已经足够使用了。
  3  测试原型
  开关稳压器设计投产前的最后步骤是建立一个原型,用于工作台的测试。某些解决方案含有客户化设计的支持,其它方案则有参考设计板。在线工具有强大功能,或许你会由此产生跳过此步骤的想法 – 千万不要这样!大多数设计的运行良好,但有些则需要精心布局才能得到最佳性能。实际的元器件可能并不精确匹配仿真结果,特别是考虑它们的寄生效应后,实际性能(包括电路板布局效果)会与仿真结果略有差别。
 
因为经常设计的是射频或者是低频的模拟电路,所以设计中很少用到开关电源,但是有几种情况下,必须选用开关电源,才能满足系统的性能!
1. 输入的电源电压比系统所需要的电压低,在这种情况下,系统需要升压芯片来提高输入电压,对于这种电路,如果被供电电路是敏感的模拟信号或者是射频信号,那么建议采用LC 的网络滤波,或者再采用一级LDO来降压,从而达到输出低纹波的特性。
2. 系统的电压需要负压,在这种情况下,系统需要开关电源把正压变换为负压。如果被供电电路是敏感的模拟信号或者是射频信号,那么建议采用LC 的网络滤波,或者再采用一级负压的LDO来降压,从而达到输出低纹波的特性。
3.系统的输入电压比系统所需要的电压大很多,并且系统需要的电流很大,此时若使用LDO或者三端稳压芯片,芯片上的功耗会很大,不仅降低了系统的效率,而且给系统的散热带来问题。此时可以首先使用开关电源电压降低到一个比较合适的电压,再使用LDO。
在使用的过程中还有一些问题需要注意:
一。最近使用正电到负电的变压芯片时,发现输出的负电压不足,当与负载断开时,发现电压恢复,开始怀疑时后级电路出了问题,但是当采用稳压电源供电时,负电压并没有限流,而且采用万用表的电流档测试时,发现电流只有50mA,后来发现当我把芯片输出正电的线路中串连的大电感去掉后,输出正常。所以在开关电源中,输入电压供电的线路中加入大电感,虽然在一定程度上有隔掉直流分量的作用,但是同样影响的开关电源的的正常工作。
二。开关电源虽然具有很高的效率,但是毕竟不是100%,而且开关电源芯片的热阻相对比较小,散热能力相对差,所以一定要计算系统所需的电压和电流,从而计算出系统的功耗,然后根据效率曲线计算出消耗在开关电源芯片的上功耗。通过热阻计算芯片的温度是否超过芯片能承受的温度。然后留出一定的余量的情况下,选择芯片。


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