欢迎来到电源规划小秘笈！ 跟着现在对更高效、 更低本钱电源处理方案需求的着重，本文就各种电源办理课题提出一些对您有协助的小技巧。不管您是从事电源事务多年仍是刚刚步入电源范畴，您都能够在这里找到一些极端有用的信息，以协助您迎候下一个规划应战。
秘笈一 为您的电源挑选正确的作业频率
为您的电源挑选最佳的作业频率是一个杂乱的权衡进程，其间包含尺度、功率以及本钱。一般来说，低频率规划往往是最为高效的，可是其尺度最大且本钱也最高。虽然调高频率能够缩小尺度并下降本钱，但会增加电路损耗。接下来，咱们运用一款简略的降压电源来描绘这些权衡进程。
咱们以滤波器组件作为开端。这些组件占有了电源体积的大部分，一起滤波器的尺度同作业频率成反比联系。另一方面，每一次开关转化都会伴有能量损耗；作业频率越高，开关损耗就越高，一起功率也就越低。其次，较高的频率运转一般意味着能够运用较小的组件值。因而，更高频率运转能够带来极大的本钱节省。
图1.1显现的是降压电源频率与体积的联系。频率为100 kHz时，电感占有了电源体积的大部分（深蓝色区域）。假如咱们假定电感体积与其能量相关，那么其体积缩小将与频率成正份额联系。由于某种频率下电感的磁芯损耗会极大增高并约束尺度的进一步缩小，因而在此情况下上述假定就不容乐观了。假如该规划运用陶瓷电容，那么输出电容体积（褐色区域）便会随频率缩小，即所需电容下降。另一方面，之所以一般会选用输入电容，是由于其具有纹波电流额定值。该额定值不会随频率而显着改动，因而其体积（黄色区域）往往能够坚持稳定。别的，电源的半导体部分不会随频率而改动。这样，由于低频开关，无源器材会占有电源体积的大部分。当咱们转到高作业频率时，半导体（即半导体体积，淡蓝色区域）开端占有较大的空间份额。
图1.1 电源组件体积首要由半导体占有
该曲线图显现半导体体积本质上并未随频率而改动，而这一联系或许过于简略化。与半导体相关的损耗首要有两类：传导损耗和开关损耗。同步降压转化器中的传导损耗与 MOSFET 的裸片面积成反比联系。 MOSFET 面积越大， 其电阻和传导损耗就越低。
开关损耗与MOSFET 开关的速度以及MOSFET 具有多少输入和输出电容有关。这些都与器材尺度的巨细相关。大体积器材具有较慢的开关速度以及更多的电容。图1.2 显现了两种不同作业频率 （F） 的联系。传导损耗 （Pcon） 与作业频率无关， 而开关损耗 （Psw F1 和Psw F2） 与作业频率成正份额联系。 因而更高的作业频率 （PswF2） 会发生更高的开关损耗。当开关损耗和传导损耗持平时，每种作业频率的总损耗最低。别的，跟着作业频率进步，总损耗将更高。
可是， 在更高的作业频率下， 最佳裸片面积较小， 然后带来本钱节省。 实际上，在低频率下，经过调整裸片面积来最小化损耗会带来极高本钱的规划。可是，转到更高作业频率后， 咱们就能够优化裸片面积来下降损耗， 然后缩小电源的半导体体积。这样做的缺陷是，假如咱们不改进半导体技能，那么电源功率将会下降。
图1.2 进步作业频率会导致更高的整体损耗
如前所述，更高的作业频率可缩小电感体积；所需的内层芯板会削减。更高频率还可下降关于输出电容的要求。有了陶瓷电容，咱们就能够运用更低的电容值或更少的电容。这有助于缩小半导体裸片面积，从而下降本钱。
秘笈二 驾御噪声电源
无噪声电源并非是偶尔规划出来的。一种好的电源布局是在规划时最大程度的缩短试验时刻。花费数分钟乃至是数小时的时刻来细心查看电源布局，便能够省去数天的毛病排查时刻。
图2.1显现的是电源内部一些首要噪声灵敏型电路的结构图。 将输出电压与一个参阅电压进行比较以生成一个差错信号，然后再将该信号与一个斜坡相比较，以生成一个用于驱动功率级的 PWM（脉宽调制）信号。
电源噪声首要来自三个当地：差错放大器输入与输出、参阅电压以及斜坡。对这些节点进行精心的电气规划和物理规划有助于最大程度地缩短毛病诊断时刻。一般来说，噪声会与这些低电平电路电容耦合。一种杰出的规划能够保证这些低电平电路的严密布局，并远离一切开关波形。接地层也具有屏蔽效果。
图 2.1 低电平操控电路的许多噪声构成时机
差错放大器输入端或许是电源中最为灵敏的节点，由于其一般具有最多的衔接组件。假如将其与该级的极高增益和高阻抗相结合，后患无穷。在布局进程中，您有必要最小化节点长度，并尽或许近地将反应和输入组件接近差错放大器放置。假如反应网络中存在高频积分电容，那么您有必要将其接近放大器放置，其他反应组件紧跟这以后。 而且， 串联电阻-电容也或许构成补偿网络。 最理想的结果是， 将电阻接近差错放大器输入端放置， 这样， 假如高频信号注入该电阻-电容节点时， 那么该高频信号就不得不接受较高的电阻阻抗—而电容对高频信号的阻抗则很小。
斜坡是另一个潜在的会带来噪声问题的当地。斜坡一般由电容器充电（电压形式）生成，或由来自于电源开关电流的采样（电流形式）生成。一般，电压形式斜坡并不是一个问题， 由于电容对高频注入信号的阻抗很小。 而电流斜坡却较为扎手，由于存在了上升边缘峰值、相对较小的斜坡振幅以及功率级寄生效应。
图2.2显现了电流斜坡存在的一些问题。 榜首幅图显现了上升边缘峰值和随后发生的电流斜坡。比较器（依据其不同速度）具有两个电压结点 （potential trippoints），结果是无序操控运转，听起来更像是煎熏肉的声响。运用操控IC中的上升边缘消隐能够很好地处理这一问题，其疏忽了电流波形的开始部分。波形的高频滤波也有助于处理该问题。相同也要将电容器尽或许近地接近操控IC放置。 正如这两种波形表现出来的那样， 另一种常见的问题是次谐波振动。
这种宽－窄驱动波形表现为非充沛斜率补偿。向当时斜坡增加更多的电压斜坡便能够处理该问题。
图2.2 两种常见的电流形式噪声问题
虽然您现已恰当细心地规划了电源布局，可是您的原型电源仍是存在噪声。这该怎么办呢？首要，您要确认消除不稳定要素的环路呼应不存在问题。风趣的是，噪声问题或许会看起来像是电源穿插频率上的不稳定。但真实的情况是该环路正以其最快呼应速度纠出注入差错。相同，最佳办法是识别出噪声正被注入下列三个当地之一：差错放大器、参阅电压或斜坡。您只需分步处理便可！
榜首步是查看节点，看斜坡中是否存在显着的非线性，或许差错放大器输出中是否存在高频率改动。假如查看后没有发现任何问题，那么就将差错放大器从电路中取出， 并用一个清洁的电压源加以替代。 这样您应该就能够改动该电压源的输出，以平稳地改动电源输出。假如这样做见效的话，那么您就现已将问题规模缩小至参阅电压和差错放大器了。
有时，操控%&&&&&%中的参阅电压易受开关波形的影响。运用增加更多（或恰当）的旁路或许会使这种情况得到改进。别的，运用栅极驱动电阻来减缓开关波形也或许会有助于处理这一问题。假如问题出在差错放大器上，那么下降补偿组件阻抗会有
所协助，由于这样下降了注入信号的振幅。假如一切这些办法都不见效，那么就从印刷电路板将差错放大器节点去除。对补偿组件进行架空布线 （air wiring） 能够协助咱们识别出哪里有问题。
秘笈三 阻尼输入滤波系列榜首部分
开关调节器一般优于线性调节器，由于它们更高效，而开关拓扑结构则非常依靠输入滤波器。 这种电路元件与电源的典型负动态阻抗相结合， 能够诱发振动问题。本文将论述怎么防止此类问题的呈现。
一般来说，一切的电源都在一个给定输入规模坚持其功率。因而，输入功率或多或少地与输入电压水平坚持稳定。 图3.1显现的是一个开关电源的特征。 跟着电压的下降，电流不断上升。
图3.1 开关电源表现出的负阻抗
负输入阻抗
电压-电流线呈现出必定的斜率， 其从本质上界说了电源的动态阻抗。 这根线的斜率等于负输入电压除以输入电流。 也就是说， 由Pin=V•， 能够得出V=Pin/I； 并由此可得dV/dI=–Pin/I2或dV/dI≈–V/I。
该近似值有些过于简略，由于操控环路影响了输入阻抗的频率呼应。可是许多时分，当触及电流形式操控时这种简略近似值就已足够了。
为什么需求输入滤波器
开关调节器输入电流为非接连电流，而且在输入电流得不到滤波的情况下其会中止体系的运转。 大多数电源体系都集成了一个如图3.2所示类型的滤波器。 电容为功率级的开关电流供给了一个低阻抗，而电感则为%&&&&&%上的纹波电压供给了一个高阻抗。该滤波器的高阻抗使流入源极的开关电流最小化。在低频率时，该滤波器的源极阻抗等于电感阻抗。在您升高频率的一起，
