如何設計一個(gè)好的開(kāi)關(guān)電源模塊

通常要選擇一個(gè)理想的電源解決方案，必須根據不同的應用選擇不同的電源模塊，但是在大多數時(shí)候，市場(chǎng)、尺寸、功耗及成本決定了采用什么樣的電源模塊。

首先要評估系統的模塊電源需求

對于電子系統，模塊電源需求不僅僅是關(guān)心輸入電壓、輸出電壓和電流，還要考慮功耗，電源效率，電源對負載變化的瞬態(tài)響應能力，關(guān)鍵器件對電源波動(dòng)的容忍范圍，允許的電源紋波以及散熱問(wèn)題等等。功耗和效率是密切相關(guān)的，效率高了，在負載功耗相同的情況下總功耗就少。對比LDO和開(kāi)關(guān)電源模塊，開(kāi)關(guān)電源模塊的效率要高一些。在看滿(mǎn)負載的電源電路效率時(shí)，也要關(guān)注輕負載的效率。

至于負載瞬態(tài)響應能力，對于一些高性能的CPU應用就會(huì )有嚴格的要求，因為當CPU突然開(kāi)始運行繁重的任務(wù)時(shí)，需要的啟動(dòng)電流是很大的。如果電源電路響應速度不夠，造成瞬間電壓下降過(guò)多過(guò)低，會(huì )造成CPU運行出錯。散熱問(wèn)題對于那些大電流電源和LDO來(lái)說(shuō)比較重要，通過(guò)計算也是可以評估是否合適。

如何選擇合適的電源模塊電路？

根據分析系統需求得出的具體技術(shù)指標，可以來(lái)選擇合適的電路了。一般對于弱電部分，包括了LDO(線(xiàn)性電源轉換器)、開(kāi)關(guān)電源電容降壓轉換器和開(kāi)關(guān)電源電感電容轉換器。相比之下，LDO設計最易實(shí)現，輸出紋波小，但缺點(diǎn)是效率不高，發(fā)熱量大，可提供的電流相較開(kāi)關(guān)電源不大。而開(kāi)關(guān)電源電路設計靈活，效率高，但紋波大，實(shí)現比較復雜，調試比較煩瑣。

如何為開(kāi)關(guān)電源模塊選擇合適的元器件和參數？

很多未使用過(guò)模塊電源設計的工程師會(huì )對它產(chǎn)生一定的畏懼心理，比如擔心開(kāi)關(guān)電源模塊的干擾問(wèn)題、PCBlayout問(wèn)題、元器件的參數和類(lèi)型選擇問(wèn)題。其實(shí)只要了解了，使用設計是非常方便的，不僅簡(jiǎn)化了PCB設計，而且設計的靈活性更強。開(kāi)關(guān)控制器基本上就是一個(gè)閉環(huán)的反饋控制系統，所以一般都會(huì )有一個(gè)反饋輸出電壓的采樣電路以及反饋環(huán)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(lái)控制反饋深度，如果反饋環(huán)響應過(guò)慢的話(huà)，對瞬態(tài)響應能力是會(huì )有很多影響的。

輸出部分設計包含了輸出電容、輸出電感以及MOSFET等等，這些的選擇基本上就是要滿(mǎn)足一個(gè)性能和成本的平衡，比如高的開(kāi)關(guān)頻率就可以使用小的電感值（意味著(zhù)小的封裝和便宜的成本），但是高的開(kāi)關(guān)頻率會(huì )增加干擾和對MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗，從而效率降低。使用低的開(kāi)關(guān)頻率帶來(lái)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(guān)鍵的，小的ESR可以減小輸出紋波，但是電容成本會(huì )增加。開(kāi)關(guān)電源控制器驅動(dòng)能力也要注意，過(guò)多的MOSFET是不能被良好驅動(dòng)的。一般來(lái)說(shuō)，元器件的供應商會(huì )提供具體的計算公式和使用方案供工程師借鑒。

比較好的電源模塊？

一個(gè)好的開(kāi)關(guān)電源模塊，其技術(shù)和工藝設計也一定是優(yōu)秀的，如電路元件布局、多層板設計及高頻變壓器結構設計等等。模塊電源是一個(gè)裝配技術(shù)，其工藝設計、新電路和新元器件也是一個(gè)重要內容。

單個(gè)的開(kāi)關(guān)電源模塊，幾乎很難通過(guò)surge、EFT、CE、RE等EMC實(shí)驗，國外的電源模塊盡管其可靠性高、壽命長(cháng)、EMI控制得很好，但其抗干擾性（Surge、EFT）的性能不強。因此，根據開(kāi)關(guān)電源模塊特性，做好外圍電路的EMC與防護設計，是設備通過(guò)EMC測試，提高其現場(chǎng)抗干擾性的關(guān)鍵所在。