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3、【周启全老师】开关电源全集
近段参考着要求把整个设计更加精炼的梳理一遍。
在设计电源之前,总是需要确认一些参数的,根据这些参数,我们大概能为后续设计评估性能,最为关键的一些参数需要注意的。
环境
模块外部环境温度范围:Ta_o_min~Ta_o_max
模块内部环境温度:Ta_min~Ta_max
关于输出参数
输出电压参数
输出电压数值:Vo
输出电压误差:V_Tol
输出电压纹波:Vo_rpp
输出电流范围:
最大负载电流Io_max
典型负载电流Io_nom
最小负载电流Io_min
关于输入参数
输入电压范围:
最大输入电压Vi_max
典型输入电压Vi_nom
最小输入电压Vi_min
输入纹波电压:Vi_rpp
开关电源内部设计参数与性能
开关频率Fsw
电源效率
典型输入电压,典型负载电流Eff_1
最小输入电压,最大负载电流Eff_2
典型输入电压,最大负载电流Eff_3
最大输入电压,最大负载电流Eff_4
其他参数:
输出短路电流
输出最大负载电流启动时间
威廉希尔官方网站
的设计过程如图所示:
设计过程的第一部分分成三个小部分:
1.设计威廉希尔官方网站
初步选值:通过对占空比和电感电流的定义,得出电感与电容的选值
2.根据以上的初步选值,得出威廉希尔官方网站
的主要参数是否符合要求
3.确认威廉希尔官方网站
是否会在两种模式间切换(输出负载电流范围内),并确认模式切换带来的输出电流的暂态变化值。
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第二部分是验证元器件与输出输入网络,考虑加入SNUBBER威廉希尔官方网站
分成以下几个部分:
1.MOS管功耗:
导通功耗计算:主要与输出电流,电感变化电流,MOS管导通电阻有关
开关功耗计算:开关频率,栅极开关电流,负载电流,输入电流等
PS:这里可以采用两种方法,1.测量方法并利用数据计算 2.利用公式计算
栅极功耗:与开关频率,MOS本身的Qg有关
2.二极管的功耗
导通功耗:与负载电流,电感变化电流
反向功耗:与反向电压与泄漏电流有关
反向恢复功耗:开关频率,二极管本身特性
3.电容与滤波参数
主电容发热:与ESR,电感变化电流相关
输入滤波网络:
计算电流变化引起输入滤波环节暂态压降变化
输出滤波网络:
计算最终纹波电压
SNUBBER威廉希尔官方网站
计算
粗略计算,按照实际效果进行调试。
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偶准备把设计分成3~4个部分,第一部分把电气参数与计算过程罗列出来,第二部分推导所有需要使用的公式,第三部分将所有可能设计的问题罗列,第四部分完成设计实例,第五部分拾遗补漏,特别的是电流模式的例子以BUCK威廉希尔官方网站
居多,偶将根据前人的经验,有选择性的进行自己的推导。偶在电源设计上比较入门,以入门级的眼光看问题,希望大家不要嘲笑偶。
偶是电源方面的菜鸟,继续考虑与分析,希望能够把这部分知识给牢固掌握,并涉及最主要的点,难免有不好错误和遗漏的地方,请各位电源高手不惜指教。
首先把设计需要的信息输入到我们定义参数中,如下图所示:
初步确认占空比和电感电流范围:
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这里需要交代的是,我们在设计BUCK威廉希尔官方网站
过程中,在需要确保负载电流范围需要保证负载不进入断续模式,按照示意图所示中,当进入断续模式时,会产生Ring的情况。
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继续扩展,连续与断续的分界线为:
采用威廉希尔官方网站
的特征参量去分析,确实简洁,但是并没有体现出输入电压与输出电流之间的关系
特征产量的三个参量为
1.PWM周期
2.威廉希尔官方网站
的主电感量
3.威廉希尔官方网站
输出负载
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以上反应的关系实质上是指输出电流与占空比的关系,而输出电压一般是确定的,因此等同于输入电压与输出电流之间的关系,以上的式子并没有清晰的反应出来,以下的推导可直观的表示出来:
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可发现,如果电感选择过小,则会导致在设计电流范围内,威廉希尔官方网站
进入了断续模式,而且在正常的电流变化过程中,威廉希尔官方网站
在两种模式中不断变化,存在临界点,这是不能接受的,通过选择电感后,可得到以下图形:
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因此我们在选择电感和电容的初步选择,需要满足以下的关系:
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电容的计算式子:
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电容与电感量是有关系的,因此先选择电感量是关键。
电感和电容都是按照标准值选取的,偶找到TDK和适当的电容后贴上:电感和电容值都要参考标准值来选取,通过以上的选取后,需要对目前的威廉希尔官方网站
参数进行验证。