開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中的注意事項(xiàng)以及排錯(cuò)方式

所謂開(kāi)關(guān)電源，是指利用現(xiàn)代電子電力技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和管段的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制控制 IC 和 MOSFER 構(gòu)成，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。接下來(lái)給大家介紹一下開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中的一些注意事項(xiàng)，同時(shí)還介紹到當(dāng)開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，如何快速的查找出開(kāi)關(guān)電源的問(wèn)題所在。

開(kāi)關(guān)電源的布局

開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成。

當(dāng)設(shè)計(jì)高頻開(kāi)關(guān)電源時(shí)，布局非常重要。良好的布局可以解決這類電源的許多問(wèn)題。因布局而出現(xiàn)的問(wèn)題，通常在大電流時(shí)顯現(xiàn)出來(lái)，并且在輸入和輸出電壓之間的壓差較大時(shí)更加明顯。一些主要的問(wèn)題是在大的輸出電流和 / 或大的輸入 / 輸出電壓差時(shí)調(diào)節(jié)能力的下降，在輸出和開(kāi)頭波形上的額外噪聲，以及不穩(wěn)定性。應(yīng)用下面的幾個(gè)簡(jiǎn)單原則就可以把這類問(wèn)題最小化。

電感器

開(kāi)關(guān)電源盡量使用低 EMI（Electro MagneTIc Interference）的帶鐵氧體閉合磁芯的電感器。比如圓形的或封閉的 E 型磁芯。如果開(kāi)口磁芯（open cores）具有較低的 EMI 特性，并且離低功率導(dǎo)線和元件較遠(yuǎn)，也可以使用。如果使用開(kāi)口磁芯，使磁芯的兩極與 PCB 板垂直也是一個(gè)好主意。棒狀磁芯（sTIck cores）通常用來(lái)消除大部分不需要的噪聲。

反饋

盡量使反饋回路遠(yuǎn)離電感器和噪聲源。還要盡可能使反饋線為直線，并且要粗一點(diǎn)。有時(shí)需要在這兩種方案之間折衷一下，但使反饋線遠(yuǎn)離電感器的 EMI 和其它噪聲源是兩者當(dāng)中更關(guān)鍵的一條。在 PCB 上使反饋線位于與電感器相對(duì)的一側(cè)，并且中間用接地層分開(kāi)。

濾波電容器

當(dāng)使用小容量瓷質(zhì)輸入濾波電容器時(shí)，它應(yīng)該盡可能靠近 IC 的 VIN 引腳。這將消除盡可能多的線路電感影響，給內(nèi)部 IC 線路一個(gè)更干凈的電壓源。開(kāi)關(guān)電源一些設(shè)計(jì)需要使用前饋電容器從輸出端連接到反饋引腳，通常是為了穩(wěn)定性的原因。在這種情況下，它的位置也應(yīng)該盡量靠近 IC。使用表貼電容還會(huì)減少引線長(zhǎng)度，從而減少噪聲耦合進(jìn)因通孔元件而造成的有效天線（effecTIve antenna）。

補(bǔ)償

如果為了穩(wěn)定性，需要加入外部補(bǔ)償元件，它們也應(yīng)該盡量靠近 IC。這里也建議使用表貼元件，原因同對(duì)濾波電容的討論。這些元件也不應(yīng)該離電感器太近。

走線和接地層

使所有的電源（大電流）走線盡可能短、直、粗。在一塊標(biāo)準(zhǔn) PCB 板上，最好使走線的每安絕對(duì)最小寬度為 15mil（0.381mm）。電感器、輸出電容器和輸出二極管應(yīng)該盡可能靠在一起。這樣可以幫助減少在大開(kāi)關(guān)電流流過(guò)它們時(shí)，由開(kāi)關(guān)電源走線引起的 EMI。這也會(huì)減少引線電感和電阻，從而減少噪聲尖峰、鳴震（ringing）和阻性損耗，這些都會(huì)產(chǎn)生電壓誤差。IC 的接地、輸入電容器、輸出電容器和輸出二極管（如果有的話）應(yīng)該一起直接連接到一個(gè)接地面。最好在 PCB 的兩面都設(shè)置接地面。這樣會(huì)減少接地環(huán)路誤差和吸收更多的由電感器產(chǎn)生的 EMI，從而減少了噪聲。對(duì)于多于兩層的多層板，可以用接地面分開(kāi)電源面（電源走線和元件所在的區(qū)域）和信號(hào)面（反饋和補(bǔ)償元件所在的區(qū)域）以提高性能。在多層板上，需要使用通孔把走線和不同的面連接起來(lái)。如果走線需要從一個(gè)面?zhèn)鬏斠粋€(gè)較大的電流到另一個(gè)面，每 200mA 電流使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通孔，是一個(gè)良好的習(xí)慣。

排列元件，使得開(kāi)頭電流環(huán)同方向旋轉(zhuǎn)。根據(jù)開(kāi)頭調(diào)節(jié)器的運(yùn)行方式，有兩種功率狀態(tài)。一個(gè)狀態(tài)是當(dāng)開(kāi)頭閉合時(shí)，另一個(gè)狀態(tài)是當(dāng)開(kāi)頭斷開(kāi)時(shí)。在每種狀態(tài)期間，將由當(dāng)前導(dǎo)通的功率器件產(chǎn)生一個(gè)電流環(huán)。排列功率器件，以使每種狀態(tài)期間電流環(huán)的導(dǎo)通方向相同。這會(huì)防止兩個(gè)半環(huán)之間的走線產(chǎn)生磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，并可減少 EMI 的放射。

散熱

當(dāng)使用表貼功率 IC 或外部功率開(kāi)關(guān)時(shí)，PCB 通?？梢杂米魃崞鳌＿@就是用 PCB 上的敷銅面來(lái)幫助器件散熱。參照特定器件手冊(cè)中有關(guān)使用 PCB 散熱的信息。這通?？梢允∪ラ_(kāi)關(guān)電源外加的散熱裝置。

審核編輯 黃昊宇