開關(guān)電源設(shè)計中選擇元件的重要性
出處:baillso 發(fā)布于:2012-12-13 14:21:50
開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率,維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源,開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新,使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前,開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。對于開關(guān)電源的噪聲,除了芯片本身,Layout的設(shè)計為重要,記錄一些相關(guān)的技巧。不少關(guān)于EMI的觀念具有通用性。下面由施霸來跟大家談?wù)勱P(guān)于開關(guān)電源設(shè)計的一些關(guān)鍵問題。
開關(guān)電源設(shè)計時有個的遺憾是元件要“扎堆”不能把元件重疊起來,因此究竟先考慮哪個元件就十分重要了。
準(zhǔn)則一:
輸入端的兩個電容Cin和Cbypass。
輸入端電容的作用是抑制輸入電壓的波動。輸入電壓的波動主要來自電源開關(guān)時的脈沖輸入電流,Bulk電源的輸出電流較平整(LC串聯(lián)電路);Boost電源的情況正好相反,輸入電容電流平整,脈沖電流進(jìn)入輸出電容。原文還提及了Buck-Boost或“flyback”(回掃),Cuk(據(jù)說這種是理想的DC-DC轉(zhuǎn)換器,不存在所謂AC電流路徑,輸入輸出全是平整電流,沒玩過L)等電源,其輸入輸出電容上的電流狀況取決于各自的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
在開關(guān)電源導(dǎo)通的瞬間,大部分脈沖電流來自Cbypass,其余部分主要來自Cin,只有那些緩慢變化的電流才來自DC輸入電源。因此輸入電容實際為芯片提供了脈沖電流源,如果輸入電容的ESR和ESL太高會造成不必要的高頻輸入電壓紋波,我們看到這句話千萬不可理解為要無限加大輸入電容,由開關(guān)頻率(100K-260K)產(chǎn)生的自然輸入電壓紋波不在考慮范圍,俺們考慮的是在轉(zhuǎn)換瞬間頻率為10MHz-30MHz噪聲,特別的對于高速開關(guān)電源,將一個0.1uF-0.47uF的貼片電容Cbypass盡可能靠近芯片,Bulk電容Cin個頭大,可以距離稍遠(yuǎn)(一英寸);(這里的高速和開關(guān)的頻率并無多大關(guān)系,而是指開關(guān)的轉(zhuǎn)換時間,F(xiàn)ET速度快于Bipolar,而開關(guān)按結(jié)構(gòu)可分為微動開關(guān),船型開關(guān),鈕子開關(guān),撥動開關(guān),按鈕開關(guān),按鍵開關(guān)等,更多開關(guān)類的介紹請點(diǎn)擊:http://hbjingang.com/product/searchfile/1485.html )
準(zhǔn)則二:
Cbypass電容和開關(guān)電源芯片親密接觸!
環(huán)流二極管(catch diode,有時也用MOS管)的位置也至關(guān)重要,它和芯片的連線是開關(guān)電源為活躍的地區(qū),處理不好的走線電感會在輸出方波信號上疊加毛刺電壓。
準(zhǔn)則三:
環(huán)流二極管緊貼IC,連接IC的SW pin以及GND pin形成一個緊湊的回流路徑。
如果已經(jīng)遇到了毛刺電壓,可以加一個RC緩沖器(RC snubber)吸收走線寄生電感引起的噪聲,位置也必須靠近IC的開關(guān)腳和地腳,典型的R值為10ohm-100ohm,C值為470pF-2.2nF(電容值過大會造成不必要的功率損耗,1/2*C*V2*f)。
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