電源設(shè)計(jì)的思路

過去 15 年來，開關(guān)電源的設(shè)計(jì)逐漸成為主流。 現(xiàn)在，開關(guān)電源的設(shè)計(jì)已不再是專家的任務(wù)，任何參與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人員都能夠最終設(shè)計(jì)出自己的開關(guān)電源。

幸運(yùn)的是， 各種專業(yè)水平的人都可以利用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的 WEBENCH® 在線工具來設(shè)計(jì)開關(guān)穩(wěn)壓器。 由于專業(yè)人員通常希望針對(duì)某些專用元件或目標(biāo)性能來修改自己的設(shè)計(jì)，這些工具還允許進(jìn)行定制設(shè)計(jì)。 這意味著可能會(huì)把一個(gè)原來工作完美的設(shè)計(jì)“優(yōu)化”至不穩(wěn)定的狀態(tài)。 在線工具可以用來發(fā)現(xiàn)并糾正問題，完美地配合工程師思路的發(fā)展。

邁出第一步

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。

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。一般來說，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。

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?，F(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)過熱情況已經(jīng)足夠使用了。

測(cè)試原型

開關(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)生跳過此步驟的想法 – 千萬不要這樣！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。我們重申，關(guān)鍵是要確定期望值，并分析所有不同之處。設(shè)計(jì)者應(yīng)使用各種實(shí)驗(yàn)室工具，包括高速示波器、DVM、電流表，再加上自己的思考，就能得到最佳的成功機(jī)會(huì)。

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作者：美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司技術(shù)通信經(jīng)理Wanda Garrett，科學(xué)家Robert A. Pease