开关电源设计中选择元件的重要性

出处:baillso 发布于:2012-12-13 14:21:50

  开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。对于开关电源的噪声,除了芯片本身,Layout的设计为重要,记录一些相关的技巧。不少关于EMI的观念具有通用性。下面由施霸来跟大家谈谈关于开关电源设计的一些关键问题。


  开关电源设计时有个的遗憾是元件要“扎堆”不能把元件重叠起来,因此究竟先考虑哪个元件就十分重要了。
  准则一:

      输入端的两个电容Cin和Cbypass。
  输入端电容的作用是抑制输入电压的波动。输入电压的波动主要来自电源开关时的脉冲输入电流,Bulk电源的输出电流较平整(LC串联电路);Boost电源的情况正好相反,输入电容电流平整,脉冲电流进入输出电容。原文还提及了Buck-Boost或“flyback”(回扫),Cuk(据说这种是理想的DC-DC转换器,不存在所谓AC电流路径,输入输出全是平整电流,没玩过L)等电源,其输入输出电容上的电流状况取决于各自的拓扑结构。
  在开关电源导通的瞬间,大部分脉冲电流来自Cbypass,其余部分主要来自Cin,只有那些缓慢变化的电流才来自DC输入电源。因此输入电容实际为芯片提供了脉冲电流源,如果输入电容的ESR和ESL太高会造成不必要的高频输入电压纹波,我们看到这句话千万不可理解为要无限加大输入电容,由开关频率(100K-260K)产生的自然输入电压纹波不在考虑范围,俺们考虑的是在转换瞬间频率为10MHz-30MHz噪声,特别的对于高速开关电源,将一个0.1uF-0.47uF的贴片电容Cbypass尽可能靠近芯片,Bulk电容Cin个头大,可以距离稍远(一英寸);(这里的高速和开关的频率并无多大关系,而是指开关的转换时间,FET速度快于Bipolar,而开关按结构可分为微动开关船型开关,钮子开关,拨动开关,按钮开关,按键开关等,更多开关类的介绍请点击:https://www.dzsc.com/product/searchfile/1485.html

  
  准则二:

      Cbypass电容和开关电源芯片亲密接触!
  环流二极管(catch diode,有时也用MOS管)的位置也至关重要,它和芯片的连线是开关电源为活跃的地区,处理不好的走线电感会在输出方波信号上叠加毛刺电压。
  准则三:

      环流二极管紧贴IC,连接IC的SW pin以及GND pin形成一个紧凑的回流路径。

      如果已经遇到了毛刺电压,可以加一个RC缓冲器(RC snubber)吸收走线寄生电感引起的噪声,位置也必须靠近IC的开关脚和地脚,典型的R值为10ohm-100ohm,C值为470pF-2.2nF(电容值过大会造成不必要的功率损耗,1/2*C*V2*f)。

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