關于開關電源設計中的經典問答題

來源：21IC電子網  作者：秩名2014年01月09日 09:16

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[導讀] 很多未使用過開關電源設計的工程師會對它產生一定的畏懼心理，但只要了解了，使用開關電源設計還是非常方便的。

關鍵詞：電源電路開關電源

　　如何為開關電源電路選擇合適的元器件和參數？

　　很多未使用過開關電源設計的工程師會對它產生一定的畏懼心理，比如擔心開關電源的干擾問題，PCB layout問題，元器件的參數和類型選擇問題等。其實只要了解了，使用開關電源設計還是非常方便的。

　　一個開關電源一般包含有開關電源控制器和輸出兩部分，有些控制器會將MOSFET集成到芯片中去，這樣使用就更簡單了，也簡化了PCB設計，但是設計的靈活性就減少了一些。

　　開關控制器基本上就是一個閉環的反饋控制系統，所以一般都會有一個反饋輸出電壓的采樣電路以及反饋環的控制電路。因此這部分的設計在于保證精確的采樣電路，還有來控制反饋深度，因為如果反饋環響應過慢的話，對瞬態響應能力是會有很大影響。

　　輸出部分設計包含了輸出電容，輸出電感以及MOSFET等等，這些器件的選擇基本上就是要滿足性能和成本的平衡，比如高的開關頻率就可以使用小的電感值（意味著小的封裝和便宜的成本），但是高的開關頻率會增加干擾和對MOSFET的開關損耗，從而效率降低。低的開關頻率帶來的結果則是相反的。

　　對于輸出電容的ESR和MOSFET的Rds_on參數選擇也是非常關鍵的，小的ESR可以減小輸出紋波，但是電容成本會增加，好的電容會貴嘛。開關電源控制器驅動能力也要注意，過多的MOSFET是不能被良好驅動的。

　　一般來說，開關電源控制器的供應商會提供具體的計算公式和使用方案供工程師借鑒的。

　　如何調試開關電源電路？

　　有一些經驗可以共享給大家：（1）電源電路的輸出通過低阻值大功率電阻接到板內，這樣在不焊電阻的情況下可以先做到電源電路的先調試，避開后面電路的影響。（2）一般來說開關控制器是閉環系統，如果輸出惡化的情況超過了閉環可以控制的范圍，開關電源就會工作不正常，所以這種情況就需要認真檢查反饋和采樣電路。特別是如果采用了大ESR值的輸出電容，會產生很多的電源紋波，這也會影響開關電源的工作的。

　　為什么要接地？

　　接地技術的引入最初是為了防止電力或電子等設備遭雷擊而采取的保護性措施，目的是把雷電產生的雷擊電流通過避雷針引入到大地，從而起到保護建筑物的作用。同時，接地也是保護人身安全的一種有效手段，當某種原因引起的相線（如電線絕緣不良，線路老化等）和設備外殼碰觸時，設備的外殼就會有危險電壓產生，由此生成的故障電流就會流經PE線到大地，從而起到保護作用。隨著電子通信和其它數字領域的發展，在接地系統中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿足要求了。比如在通信系統中，大量設備之間信號的互連要求各設備都要有一個基準‘地’作為信號的參考地。而且隨著電子設備的復雜化，信號頻率越來越高，因此，在接地設計中，信號之間的互擾等電磁兼容問題必須給予特別關注，否則，接地不當就會嚴重影響系統運行的可靠性和穩定性。最近，高速信號的信號回流技術中也引入了“地”的概念。

　　接地的定義

　　在現代接地概念中、對于線路工程師來說，該術語的含義通常是“線路電壓的參考點”;對于系統設計師來說，它常常是機柜或機架;對電氣工程師來說，它是綠色安全地線或接到大地的意思。一個比較通用的定義是“接地是電流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是“低阻抗”和“通路”。

　　常見的接地符號

　　PE、PGND、FG-保護地或機殼;BGND或DC-RETURN-直流-48V（+24V）電源（電池）回流;GND-工作地;DGND-數字地;AGND-模擬地;LGND-防雷保護地。

　　合適的接地方式

　　接地有多種方式，有單點接地，多點接地以及混合類型的接地。而單點接地又分為串聯單點接地和并聯單點接地。一般來說，單點接地用于簡單電路，不同功能模塊之間接地區分，以及低頻（f10MHz）電路時就要采用多點接地了或者多層板（完整的地平面層）。

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本文導航

• 第 1 頁：關于開關電源設計中的經典問答題

• 第 2 頁：信號回流和跨分割

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