電源設計的思路

　　過去 15 年來,開關電源的設計逐漸成為主流.現在,開關電源的設計已不再是專家的任務,任何參與系統設計的人員都能夠最終設計出自己的開關電源.

　　幸運的是,各種專業水平的人都可以利用美國國家半導體的 webench® 在線工具來設計開關穩壓器.由于專業人員通常希望針對某些專用元件或目標性能來修改自己的設計,這些工具還允許進行定制設計.這意味著可能會把一個原來工作完美的設計“優化”至不穩定的狀態.在線工具可以用來發現并糾正問題,完美地配合工程師思路的發展.

邁出第一步

　　在線電源設計的第一步是定義電源需求,包括電壓范圍、輸出電壓和負載電流.可能的解決方案會得到自動評估,并將一、兩個推薦方案呈現給用戶. 這也是設計者可能遇到麻煩的第一個地方:如果需求的表達不正確(例如,如果實際的輸入電壓范圍高于或低于輸入值),則不適合的解決方案也會顯示.用戶可以嘗試多組需求,但必須對系統需求有清晰的概念.

　　當選定了穩壓器解決方案后, 就可以確定該電路的元器件.該工具會會顯示元器件的號碼.用戶可以更改為一個預設的替代品,或輸入一個定制元件.對于元器件值和所有關鍵的
寄生參數值都有指導. 如果采用了與推薦值差異較大的定制元件,恐怕性能就會下降不少.

性能評估

　　一旦選定了電路元器件, 就到了評估性能的時候了.一般來說,性能評估要看頻率響應值(交叉頻率和相位裕度)、峰值電流和電壓,以及熱性能值(效率、結溫和元件溫度).盡管這些計算建基于模型,仿真結果與工作臺數據還是匹配得很好的.

電氣仿真與熱仿真

　　電氣仿真支持某些解決方案.這些仿真器會顯示出邏輯圖,用戶可以進一步更改元器件,并在穩壓電路上運行測試.現有的測試包括波德圖、穩態、線路瞬態、負載瞬態和起動.(注意,波德圖只能用于那些采用固定頻率穩壓器 ic 的電路.)為使在線測試更有用,用戶應仔細檢查所有測試條件.輸入電壓和負載電流對每次測試都可能會變化,而默認值可能與用戶的系統不相匹配.用戶必須先估計出應得的結果,如果仿真結果與之不同,去找出原因.

　　熱仿真可以用于許多方案.在線工具會用一個參考設計布局,評估在 pcb 板上實現的穩壓電路.元器件和電路板溫度的結果以全彩圖象及表格顯示.由于熱仿真運行得較快(幾分鐘內就可以給出結果),精度自然比不上一個耗費數小時的詳盡 cfd(計算流體動力)仿真結果.但是,溫度估計一般在實際值的 20°c 內.這對于確定電路板或元器件的熱點,防止出現過熱情況已經足夠使用了.

測試原型

　　開關穩壓器設計投產前的最后步驟是建立一個原型,用于工作臺的測試.某些解決方案含有客戶化設計的支持,其它方案則有參考設計板.在線工具有強大功能,或許你會由此產生跳過此步驟的想法 – 千萬不要這樣!大多數設計的運行良好,但有些則需要精心布局才能得到最佳性能.實際的元器件可能并不精確匹配仿真結果,特別是考慮它們的寄生效應后,實際性能(包括電路板布局效果)會與仿真結果略有差別.我們重申,關鍵是要確定期望值,并分析所有不同之處.設計者應使用各種實驗室工具,包括高速示波器、dvm、電流表,再加上自己的思考,就能得到最佳的成功機會.

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