未使用过开关电源设计的工程师常心存畏惧,如担心干扰、PCB layout、元器件选择等问题,其实了解后使用很方便。开关电源一般含控制器和输出两部分,部分控制器集成MOSFET,使用简单但灵活性降低。开关控制器是闭环反馈控制系统,设计要保证精确采样电路和控制反馈深度,否则影响瞬态响应能力。输出部分设计涉及输出电容、电感和MOSFET等,器件选择需平衡性能和成本,如高开关频率可减小电感值但增加干扰和损耗、降低效率,低开关频率则相反。输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择关键,小ESR可减小纹波但增加成本。还要注意开关电源控制器驱动能力,供应商通常会提供计算公式和使用方案。
很多未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心理,比如担心开关电源的干扰问题,PCB layout问题,元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了,使用开关电源设计还是非常方便的。
一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分,有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去,这样使用就更简单了,也简化了PCB设计,但是设计的灵活性就减少了一些。
开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统,所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路,还有来控制反馈深度,因为如果反馈环响应过慢的话,对瞬态响应能力是会有很大影响。
输出部分设计包含了输出电容,输出电感以及MOSFET等等,这些器件的选择基本上就是要满足性能和成本的平衡,比如高的开关频率就可以使用小的电感值(意味着小的封装和便宜的成本),但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗,从而效率降低。低的开关频率带来的结果则是相反的。
对于输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择也是非常关键的,小的ESR可以减小输出纹波,但是电容成本会增加,好的电容会贵嘛。开关电源控制器驱动能力也要注意,过多的MOSFET是不能被良好驱动的。
一般来说,开关电源控制器的供应商会提供具体的计算公式和使用方案供工程师借鉴的。