設計開關電源的16種方法

設計開關電源的16種方法

在選擇電源拓撲時，首先確定所需的規格，然后確定要采納線性模式還是開關模式。

簡而言之，設計電源是一項重要的工作。在做出建筑和購買決策之后，您將面臨無數的電路選擇，這可能比您想象的要多。過去，構建電源相對簡單，但如今，開關模式已成為主流，這已成為一項復雜的專業。如果您不是電源專家，并且/或者這是您的批設計之一，則可能需要一些指導。此處提供的信息應有助于您確定選項，并一一把握零。

步驟1：良好的規范

一切都始于良好的規范?；〞r間研究您的需求并編寫詳細的規范至關重要。首先，列出以下主要功能：

• 輸入電壓（交流或直流）范圍
• 輸出電壓（直流或交流）和公差
• 輸出電流要求
• 大紋波
• 估量所需的總功率
• 效率要求（如果有）
• 電磁干擾（EMI）注意事項（如果有）

步驟2：個決策

有了這些規范，您應該能夠做出個重大選擇：線性和開關模式設計。是的，即使在當前的開關模式主導環境中，線性電源仍舊是一種選擇。如果您的設計可以接受線性電源的低效率，您可能會觀賞它的好處。線性電源的主要優點是設計簡單，成本低廉，相關組件豐富，成熟的技術以及低EMI輻射。

另一方面，開關模式設計固有地會產生噪聲，并且您正在供電的電路可能會受到該噪聲的影響。例如，振蕩器，時鐘，合成器或其他關鍵電路可能需要低相位噪聲或抖動。具有低壓差（LDO）調節器的線性電源將提供潔凈的直流電，以滿足這一需求。至少要牢記線性選項，因為在某些設計中它仍舊是您的佳選擇。

大多數新設計都是開關模式的。開關電源（SMPS）的優點實在是太強大了，不容忽視。效率是主要優勢，許多設計的效率都超過90％。小尺寸和合理的成本是其他好處。缺點是復雜而棘手的設計，具有許多替代方法。但是，如果您擴展規格列表，則可以做出更明智的設計選擇。

步驟3：擴展規格

除了以前編譯的基本規范外，還應為您的設計定義這些規范：

• 輸入和輸出之間電氣隔離的要求
• 工作溫度范圍
• 預期浪涌電流
• 峰值和平均輸出電流
• 臨時暴露和響應需求
• 負載和線路調節要求
• 開關頻率
• 除EMI需求外，還包含功率因數校正（PFC），保險商實驗室（UL）或其他認證的需求

步驟4：選擇拓撲

受歡迎的dc-dc SMPS拓撲是降壓（a），升壓（b），反相降壓-升壓（c），SEPIC（d）和Zeta（e）。MOSFET進行開關，電感器和電容器存儲能量，二極管操縱電流方向。

您可能已經了解幾種不同的開關模式電路設計可用。但是您了解實際上應該了解16種拓撲嗎？其中之一肯定可以滿足您的需求：

• 巴克
• 同步降壓
• 促進
• 反向升降壓
• SEPIC
• uk
• 澤塔
• 飛降
• 飛回來
• 兩開關反激
• 主動鉗向前
• 單開關正向
• 兩開關向前
• 半橋
• 全橋
• 相移全橋

此處空間不足會阻擋完全覆蓋。但是，您可以探究兩個很棒的資源來評估拓撲選擇：

• 《電源拓撲快速參考指南》：這9頁提供了有關常見的開關電源拓撲的快速更新。它充滿了相關的波形和方程式。

• 200頁的《電源拓撲手冊》中提供了更多詳細信息。電路說明和設計建議均基于要求。

步驟5：開始設計

一種典型的方法是在做出終決策之前縮小您對拓撲的選擇。受歡迎的拓撲是降壓，升壓，降壓-升壓（和反相版本），SEPIC和Zeta。圖1顯示了每種電路的簡化電路。降壓格式可降低輸入電壓，而升壓可提高輸入電壓。其他三個都可以。如果您需要更改輸出的極性，則Cuk拓撲是一個很好的拓撲。

如果需要隔離，可以使用變壓器。將它們整合到設計中的拓撲是反激式，向前鉗位，推挽式，半橋式或全橋式。

至于開關頻率，通常會根據您的應用得出佳估量值。今天，典型的開關頻率范圍從大約100 kHz到幾兆赫。對于要求高效率的高功率應用，低頻通常更好。較高的頻率使使用較小的電容器和電感器的濾波變得更簡單，并且可以減小尺寸和成本。?

其它，請務必考慮基波和諧波對附近其他設備的影響。限制開關EMI的一種潛在解決方案是抖動。這涉及開關頻率的隨機變化，以通過在更大范圍內擴展頻譜來降低任何EMI。

如果您不了解如何或從哪里開始，則開關模式電源設計可能是一個神奇的企業。請查看此推舉的博客，以更好地了解如何為您的應用選擇合適的電源拓撲。

步驟6：其他資源

二極管和集成電路是您設計的核心。請記住，大多數半導體公司都提供支持產品或服務，例如德州儀器（TI）的WEBENCH等在線設計軟件。不要忘記參考設計和評估套件可以進一步加快和簡化設計的可能性。