如何使開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單及使用開(kāi)關(guān)電源的一些問(wèn)題
在線電源設(shè)計(jì)的第一步是定義電源需求，包括電壓范圍、輸出電壓和負(fù)載電流。可能的解決方案會(huì)得到自動(dòng)評(píng)估，并將一、兩個(gè)推薦方案呈現(xiàn)給用戶。 這也是設(shè)計(jì)者可能遇到麻煩的第一個(gè)地方：如果需求的表達(dá)不正確（例如，如果實(shí)際的輸入電壓范圍高于或低于輸入值），則不適合的解決方案也會(huì)顯示。用戶可以嘗試多組需求，但必須對(duì)系統(tǒng)需求有清晰的概念。
當(dāng)選定了穩(wěn)壓器解決方案后， 就可以確定該電路的元器件。該工具會(huì)會(huì)顯示元器件的號(hào)碼。用戶可以更改為一個(gè)預(yù)設(shè)的替代品，或輸入一個(gè)定制元件。對(duì)于元器件值和所有關(guān)鍵的
寄生參數(shù)值都有指導(dǎo)。 如果采用了與推薦值差異較大的定制元件，恐怕性能就會(huì)下降不少。
1 性能評(píng)估
一旦選定了電路元器件， 就到了評(píng)估性能的時(shí)候了。一般來(lái)說(shuō)，性能評(píng)估要看頻率響應(yīng)值（交叉頻率和相位裕度）、峰值電流和電壓，以及熱性能值（效率、結(jié)溫和元件溫度）。盡管這些計(jì)算建基于模型，仿真結(jié)果與工作臺(tái)數(shù)據(jù)還是匹配得很好的。
2 電氣仿真與熱仿真
電氣仿真支持某些解決方案。這些仿真器會(huì)顯示出邏輯圖，用戶可以進(jìn)一步更改元器件，并在穩(wěn)壓電路上運(yùn)行測(cè)試。現(xiàn)有的測(cè)試包括波德圖、穩(wěn)態(tài)、線路瞬態(tài)、負(fù)載瞬態(tài)和起動(dòng)。（注意，波德圖只能用于那些采用固定頻率穩(wěn)壓器 IC 的電路。）為使在線測(cè)試更有用，用戶應(yīng)仔細(xì)檢查所有測(cè)試條件。輸入電壓和負(fù)載電流對(duì)每次測(cè)試都可能會(huì)變化，而默認(rèn)值可能與用戶的系統(tǒng)不相匹配。用戶必須先估計(jì)出應(yīng)得的結(jié)果，如果仿真結(jié)果與之不同，去找出原因。
熱仿真可以用于許多方案。在線工具會(huì)用一個(gè)參考設(shè)計(jì)布局，評(píng)估在 PCB 板上實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)壓電路。元器件和電路板溫度的結(jié)果以全彩圖象及表格顯示。由于熱仿真運(yùn)行得較快（幾分鐘內(nèi)就可以給出結(jié)果），精度自然比不上一個(gè)耗費(fèi)數(shù)小時(shí)的詳盡 CFD（計(jì)算流體動(dòng)力）仿真結(jié)果。但是，溫度估計(jì)一般在實(shí)際值的 20°C 內(nèi)。這對(duì)于確定電路板或元器件的熱點(diǎn)，防止出現(xiàn)過(guò)熱情況已經(jīng)足夠使用了。
3 測(cè)試原型
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)投產(chǎn)前的最后步驟是建立一個(gè)原型，用于工作臺(tái)的測(cè)試。某些解決方案含有客戶化設(shè)計(jì)的支持，其它方案則有參考設(shè)計(jì)板。在線工具有強(qiáng)大功能，或許你會(huì)由此產(chǎn)生跳過(guò)此步驟的想法 – 千萬(wàn)不要這樣！大多數(shù)設(shè)計(jì)的運(yùn)行良好，但有些則需要精心布局才能得到最佳性能。實(shí)際的元器件可能并不精確匹配仿真結(jié)果，特別是考慮它們的寄生效應(yīng)后，實(shí)際性能（包括電路板布局效果）會(huì)與仿真結(jié)果略有差別。
因?yàn)榻?jīng)常設(shè)計(jì)的是射頻或者是低頻的模擬電路，所以設(shè)計(jì)中很少用到開(kāi)關(guān)電源，但是有幾種情況下，必須選用開(kāi)關(guān)電源，才能滿足系統(tǒng)的性能!
1. 輸入的電源電壓比系統(tǒng)所需要的電壓低，在這種情況下，系統(tǒng)需要升壓芯片來(lái)提高輸入電壓，對(duì)于這種電路，如果被供電電路是敏感的模擬信號(hào)或者是射頻信號(hào)，那么建議采用LC 的網(wǎng)絡(luò)濾波，或者再采用一級(jí)LDO來(lái)降壓，從而達(dá)到輸出低紋波的特性。
2. 系統(tǒng)的電壓需要負(fù)壓，在這種情況下，系統(tǒng)需要開(kāi)關(guān)電源把正壓變換為負(fù)壓。如果被供電電路是敏感的模擬信號(hào)或者是射頻信號(hào)，那么建議采用LC 的網(wǎng)絡(luò)濾波，或者再采用一級(jí)負(fù)壓的LDO來(lái)降壓，從而達(dá)到輸出低紋波的特性。
3.系統(tǒng)的輸入電壓比系統(tǒng)所需要的電壓大很多，并且系統(tǒng)需要的電流很大，此時(shí)若使用LDO或者三端穩(wěn)壓芯片，芯片上的功耗會(huì)很大，不僅降低了系統(tǒng)的效率，而且給系統(tǒng)的散熱帶來(lái)問(wèn)題。此時(shí)可以首先使用開(kāi)關(guān)電源電壓降低到一個(gè)比較合適的電壓，再使用LDO。
在使用的過(guò)程中還有一些問(wèn)題需要注意：
一。最近使用正電到負(fù)電的變壓芯片時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出的負(fù)電壓不足，當(dāng)與負(fù)載斷開(kāi)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓恢復(fù)，開(kāi)始懷疑時(shí)后級(jí)電路出了問(wèn)題，但是當(dāng)采用穩(wěn)壓電源供電時(shí)，負(fù)電壓并沒(méi)有限流，而且采用萬(wàn)用表的電流檔測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流只有50mA，后來(lái)發(fā)現(xiàn)當(dāng)我把芯片輸出正電的線路中串連的大電感去掉后，輸出正常。所以在開(kāi)關(guān)電源中，輸入電壓供電的線路中加入大電感，雖然在一定程度上有隔掉直流分量的作用，但是同樣影響的開(kāi)關(guān)電源的的正常工作。
二。開(kāi)關(guān)電源雖然具有很高的效率，但是畢竟不是100%，而且開(kāi)關(guān)電源芯片的熱阻相對(duì)比較小，散熱能力相對(duì)差，所以一定要計(jì)算系統(tǒng)所需的電壓和電流，從而計(jì)算出系統(tǒng)的功耗，然后根據(jù)效率曲線計(jì)算出消耗在開(kāi)關(guān)電源芯片的上功耗。通過(guò)熱阻計(jì)算芯片的溫度是否超過(guò)芯片能承受的溫度。然后留出一定的余量的情況下，選擇芯片。
當(dāng)選定了穩(wěn)壓器解決方案后， 就可以確定該電路的元器件。該工具會(huì)會(huì)顯示元器件的號(hào)碼。用戶可以更改為一個(gè)預(yù)設(shè)的替代品，或輸入一個(gè)定制元件。對(duì)于元器件值和所有關(guān)鍵的
寄生參數(shù)值都有指導(dǎo)。 如果采用了與推薦值差異較大的定制元件，恐怕性能就會(huì)下降不少。
1 性能評(píng)估
一旦選定了電路元器件， 就到了評(píng)估性能的時(shí)候了。一般來(lái)說(shuō)，性能評(píng)估要看頻率響應(yīng)值（交叉頻率和相位裕度）、峰值電流和電壓，以及熱性能值（效率、結(jié)溫和元件溫度）。盡管這些計(jì)算建基于模型，仿真結(jié)果與工作臺(tái)數(shù)據(jù)還是匹配得很好的。
2 電氣仿真與熱仿真
電氣仿真支持某些解決方案。這些仿真器會(huì)顯示出邏輯圖，用戶可以進(jìn)一步更改元器件，并在穩(wěn)壓電路上運(yùn)行測(cè)試。現(xiàn)有的測(cè)試包括波德圖、穩(wěn)態(tài)、線路瞬態(tài)、負(fù)載瞬態(tài)和起動(dòng)。（注意，波德圖只能用于那些采用固定頻率穩(wěn)壓器 IC 的電路。）為使在線測(cè)試更有用，用戶應(yīng)仔細(xì)檢查所有測(cè)試條件。輸入電壓和負(fù)載電流對(duì)每次測(cè)試都可能會(huì)變化，而默認(rèn)值可能與用戶的系統(tǒng)不相匹配。用戶必須先估計(jì)出應(yīng)得的結(jié)果，如果仿真結(jié)果與之不同，去找出原因。
熱仿真可以用于許多方案。在線工具會(huì)用一個(gè)參考設(shè)計(jì)布局，評(píng)估在 PCB 板上實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)壓電路。元器件和電路板溫度的結(jié)果以全彩圖象及表格顯示。由于熱仿真運(yùn)行得較快（幾分鐘內(nèi)就可以給出結(jié)果），精度自然比不上一個(gè)耗費(fèi)數(shù)小時(shí)的詳盡 CFD（計(jì)算流體動(dòng)力）仿真結(jié)果。但是，溫度估計(jì)一般在實(shí)際值的 20°C 內(nèi)。這對(duì)于確定電路板或元器件的熱點(diǎn)，防止出現(xiàn)過(guò)熱情況已經(jīng)足夠使用了。
3 測(cè)試原型
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)投產(chǎn)前的最后步驟是建立一個(gè)原型，用于工作臺(tái)的測(cè)試。某些解決方案含有客戶化設(shè)計(jì)的支持，其它方案則有參考設(shè)計(jì)板。在線工具有強(qiáng)大功能，或許你會(huì)由此產(chǎn)生跳過(guò)此步驟的想法 – 千萬(wàn)不要這樣！大多數(shù)設(shè)計(jì)的運(yùn)行良好，但有些則需要精心布局才能得到最佳性能。實(shí)際的元器件可能并不精確匹配仿真結(jié)果，特別是考慮它們的寄生效應(yīng)后，實(shí)際性能（包括電路板布局效果）會(huì)與仿真結(jié)果略有差別。
因?yàn)榻?jīng)常設(shè)計(jì)的是射頻或者是低頻的模擬電路，所以設(shè)計(jì)中很少用到開(kāi)關(guān)電源，但是有幾種情況下，必須選用開(kāi)關(guān)電源，才能滿足系統(tǒng)的性能!
1. 輸入的電源電壓比系統(tǒng)所需要的電壓低，在這種情況下，系統(tǒng)需要升壓芯片來(lái)提高輸入電壓，對(duì)于這種電路，如果被供電電路是敏感的模擬信號(hào)或者是射頻信號(hào)，那么建議采用LC 的網(wǎng)絡(luò)濾波，或者再采用一級(jí)LDO來(lái)降壓，從而達(dá)到輸出低紋波的特性。
2. 系統(tǒng)的電壓需要負(fù)壓，在這種情況下，系統(tǒng)需要開(kāi)關(guān)電源把正壓變換為負(fù)壓。如果被供電電路是敏感的模擬信號(hào)或者是射頻信號(hào)，那么建議采用LC 的網(wǎng)絡(luò)濾波，或者再采用一級(jí)負(fù)壓的LDO來(lái)降壓，從而達(dá)到輸出低紋波的特性。
3.系統(tǒng)的輸入電壓比系統(tǒng)所需要的電壓大很多，并且系統(tǒng)需要的電流很大，此時(shí)若使用LDO或者三端穩(wěn)壓芯片，芯片上的功耗會(huì)很大，不僅降低了系統(tǒng)的效率，而且給系統(tǒng)的散熱帶來(lái)問(wèn)題。此時(shí)可以首先使用開(kāi)關(guān)電源電壓降低到一個(gè)比較合適的電壓，再使用LDO。
在使用的過(guò)程中還有一些問(wèn)題需要注意：
一。最近使用正電到負(fù)電的變壓芯片時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸出的負(fù)電壓不足，當(dāng)與負(fù)載斷開(kāi)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓恢復(fù)，開(kāi)始懷疑時(shí)后級(jí)電路出了問(wèn)題，但是當(dāng)采用穩(wěn)壓電源供電時(shí)，負(fù)電壓并沒(méi)有限流，而且采用萬(wàn)用表的電流檔測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)電流只有50mA，后來(lái)發(fā)現(xiàn)當(dāng)我把芯片輸出正電的線路中串連的大電感去掉后，輸出正常。所以在開(kāi)關(guān)電源中，輸入電壓供電的線路中加入大電感，雖然在一定程度上有隔掉直流分量的作用，但是同樣影響的開(kāi)關(guān)電源的的正常工作。
二。開(kāi)關(guān)電源雖然具有很高的效率，但是畢竟不是100%，而且開(kāi)關(guān)電源芯片的熱阻相對(duì)比較小，散熱能力相對(duì)差，所以一定要計(jì)算系統(tǒng)所需的電壓和電流，從而計(jì)算出系統(tǒng)的功耗，然后根據(jù)效率曲線計(jì)算出消耗在開(kāi)關(guān)電源芯片的上功耗。通過(guò)熱阻計(jì)算芯片的溫度是否超過(guò)芯片能承受的溫度。然后留出一定的余量的情況下，選擇芯片。
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