如何简化你的开关电源设计

电源设计的思路

　　过去 15 年来,开关电源的设计逐渐成为主流.现在,开关电源的设计已不再是的任务,任何参与系统设计的人员都能够终设计出自己的开关电源.

　　幸运的是,各种水平的人都可以利用美国国家半导体的 WEBENCH® 在线工具来设计开关稳压器.由于人员通常希望针对某些专用元件或目标性能来修改自己的设计,这些工具还允许进行定制设计.这意味着可能会把一个原来工作完美的设计“优化”至不稳定的状态.在线工具可以用来发现并纠正问题,完美地配合工程师思路的发展.

迈出步

　　在线电源设计的步是定义电源需求,包括电压范围、输出电压和负载电流.可能的解决方案会得到自动评估,并将一、两个推荐方案呈现给用户. 这也是设计者可能遇到麻烦的个地方:如果需求的表达不正确(例如,如果实际的输入电压范围高于或低于输入值),则不适合的解决方案也会显示.用户可以尝试多组需求,但必须对系统需求有清晰的概念.

　　当选定了稳压器解决方案后, 就可以确定该电路的元器件.该工具会会显示元器件的号码.用户可以更改为一个预设的替代品,或输入一个定制元件.对于元器件值和所有关键的
寄生参数值都有指导. 如果采用了与推荐值差异较大的定制元件,恐怕性能就会下降不少.

性能评估

　　一旦选定了电路元器件, 就到了评估性能的时候了.一般来说,性能评估要看频率响应值(交叉频率和相位裕度)、峰值电流和电压,以及热性能值(效率、结温和元件温度).尽管这些计算建基于模型,仿真结果与工作台数据还是匹配得很好的.

电气仿真与热仿真

　　电气仿真支持某些解决方案.这些仿真器会显示出逻辑图,用户可以进一步更改元器件,并在稳压电路上运行测试.现有的测试包括波德图、稳态、线路瞬态、负载瞬态和起动.(注意,波德图只能用于那些采用固定频率稳压器 IC 的电路.)为使在线测试更有用,用户应仔细检查所有测试条件.输入电压和负载电流对每次测试都可能会变化,而默认值可能与用户的系统不相匹配.用户必须先估计出应得的结果,如果仿真结果与之不同,去找出原因.

　　热仿真可以用于许多方案.在线工具会用一个参考设计布局,评估在 PCB 板上实现的稳压电路.元器件和电路板温度的结果以全彩图象及表格显示.由于热仿真运行得较快(几分钟内就可以给出结果),自然比不上一个耗费数小时的详尽 CFD(计算流体动力)仿真结果.但是,温度估计一般在实际值的 20°C 内.这对于确定电路板或元器件的热点,防止出现过热情况已经足够使用了.

测试原型

　　开关稳压器设计投产前的步骤是建立一个原型,用于工作台的测试.某些解决方案含有客户化设计的支持,其它方案则有参考设计板.在线工具有强大功能,或许你会由此产生跳过此步骤的想法 – 千万不要这样!大多数设计的运行良好,但有些则需要精心布局才能得到性能.实际的元器件可能并不匹配仿真结果,特别是考虑它们的寄生效应后,实际性能(包括电路板布局效果)会与仿真结果略有差别.我们重申,关键是要确定期望值,并分析所有不同之处.设计者应使用各种实验室工具,包括高速示波器、DVM、电流表,再加上自己的思考,就能得到的成功机会.

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