構(gòu)建可正常工作的DC-DC電源

本文討論設(shè)計(jì) DC-DC 電源時(shí)的重要考慮因素。主題包括為應(yīng)用選擇合適的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器;場(chǎng)效應(yīng)管柵極電容;高開(kāi)關(guān)頻率和元件尺寸;方程式和計(jì)算;選擇外圍組件;組件放置和權(quán)衡;接地;負(fù)載和線路調(diào)節(jié);溫度敏感。

介紹

設(shè)計(jì)人員的第一個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器電路通常與任何其他領(lǐng)域的首次嘗試有一個(gè)共同點(diǎn)：首次通電時(shí)，它工作令人滿意的機(jī)會(huì)很小。這聽(tīng)起來(lái)像是一個(gè)令人沮喪的評(píng)估，但它仍然反映了開(kāi)關(guān)模式電源設(shè)計(jì)的現(xiàn)實(shí)。DC-DC轉(zhuǎn)換器是復(fù)雜的系統(tǒng)。即使通過(guò)高度集成的IC進(jìn)行了簡(jiǎn)化，它們?nèi)匀恍枰罅康慕M件計(jì)算和深思熟慮的控制器IC選擇。此外，它們對(duì)電路板布局和元件寄生效應(yīng)（即元件不理想的特性，例如電容器中的電阻或MOSFET開(kāi)關(guān)中的電容）很敏感。

DC-DC 設(shè)計(jì)信息的綜合來(lái)源很少。工程教科書(shū)討論了控制理論、環(huán)路補(bǔ)償和其他非常詳細(xì)的分析方法。DC-DC 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)手冊(cè)提供了具體的公式和一些布局信息。用于指導(dǎo)基于集成電路的DC-DC轉(zhuǎn)換器從頭到尾的整體設(shè)計(jì)的信息較少。

設(shè)備選擇

一旦選擇了DC-DC設(shè)計(jì)的初始規(guī)格（例如，輸入電壓范圍、輸出電壓、輸出電流），第一步就是選擇轉(zhuǎn)換器IC。所需的 DC-DC 拓?fù)鋵⒖s小此選擇范圍。如果輸入電壓大于輸出電壓，請(qǐng)選擇降壓（即降壓）拓?fù)?。如果輸入電壓小于輸出電壓，?qǐng)選擇升壓（即升壓）配置。如果輸入電壓范圍高于和低于輸出電壓，則需要降壓-升壓轉(zhuǎn)換器或SEPIC轉(zhuǎn)換器。最后，如果輸出電壓為負(fù)，則使用反相拓?fù)洹?/p>

請(qǐng)注意，當(dāng)輸入超過(guò)為輸出電壓設(shè)置的電壓時(shí)，升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出將隨輸入電壓上升。同樣，當(dāng)輸入電壓小于該輸出時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器無(wú)法提供所需的輸出。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，據(jù)說(shuō)它是“輟學(xué)”。

許多 DC-DC 負(fù)載要求可以通過(guò)包含集成電源開(kāi)關(guān)的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器 IC 來(lái)滿足。大多數(shù)此類IC包括MOSFET，但有些采用雙極晶體管。較新的內(nèi)部MOSFET DC-DC IC的負(fù)載電流能力可以處理高達(dá)25A的電流（例如MAX8655和MAX8686）。內(nèi)部開(kāi)關(guān)器件（如果有）通常是首選，這既是為了整體簡(jiǎn)單性，也是為了降低總成本。

超出內(nèi)部 MOSFET 器件能力的大功率或高壓應(yīng)用將需要外部 MOSFET 開(kāi)關(guān)。設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)外部電源開(kāi)關(guān)的DC-DC轉(zhuǎn)換器通常稱為“控制器”。這些 IC 包括用于對(duì)外部 MOSFET 的柵極電容進(jìn)行快速充電和放電的驅(qū)動(dòng)器。對(duì) MOSFET 柵極進(jìn)行快速充電和放電的能力對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換至關(guān)重要。交換機(jī)希望在其打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)之間花費(fèi)盡可能少的時(shí)間，因?yàn)檫@是功率損耗最大的時(shí)間。大多數(shù) DC-DC 控制器都規(guī)定了它們可以驅(qū)動(dòng)的最大柵極電容。（請(qǐng)參閱下面的 MOSFET 柵極電容部分。

除了拓?fù)?、電壓和電流方面的考慮因素外，可能還有其他應(yīng)用特性決定了DC-DC IC的選擇。例如，在大多數(shù)汽車應(yīng)用中，DC-DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)該能夠承受冷啟動(dòng)和拋負(fù)載條件以及-40°C至+125°C的溫度范圍。Maxim的在線參數(shù)搜索工具有助于在轉(zhuǎn)換器特性和規(guī)格中進(jìn)行選擇。

場(chǎng)效應(yīng)管柵極電容

功率 MOSFET 制造商在其數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供了各種動(dòng)態(tài)和開(kāi)關(guān)參數(shù)，以及導(dǎo)通電阻等直流規(guī)格。在大多數(shù)情況下，當(dāng)使用帶有 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的外部 MOSFET 時(shí)，總柵極電荷 （QG） 是主要關(guān)注點(diǎn)。選擇Q值G在 DC-DC 轉(zhuǎn)換器制造商推薦的范圍內(nèi)。使用 MOSFET 的典型 Q 值G在大多數(shù)情況下，值是可以的。最大數(shù)量通常過(guò)于保守。The QG規(guī)范用于驅(qū)動(dòng)“漏極開(kāi)路”低側(cè) n 溝道或高側(cè) p 溝道 MOSFET，換句話說(shuō)，當(dāng) MOSFET 源在開(kāi)關(guān)期間電壓不變時(shí)。

在源電壓在開(kāi)關(guān)過(guò)程中發(fā)生變化的電路中，更有用的動(dòng)態(tài)參數(shù)是反向傳輸電容（C.RSS).C.RSS用于根據(jù)以下公式計(jì)算降壓轉(zhuǎn)換器的高側(cè)n溝道MOSFET中的開(kāi)關(guān)損耗：

PD(switching) = (CRSS × VIN(MAX)2 × fSW × ILOAD)/IGATE

其中IGATE是峰值柵極源電流和灌電流，fSW是開(kāi)關(guān)頻率。

PWM和其他控制方案

最流行的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器控制方案是脈寬調(diào)制 （PWM）。PWM 轉(zhuǎn)換器可在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)保持恒定的開(kāi)關(guān)頻率。當(dāng)開(kāi)關(guān)噪聲可能干擾系統(tǒng)中的其他進(jìn)程時(shí)，這種行為可能很重要。將噪聲限制在已知頻段通?？梢詼p輕干擾。

下一個(gè)最常見(jiàn)的控制方案是脈沖頻率調(diào)制（PFM），其中轉(zhuǎn)換器僅在負(fù)載需要時(shí)才提供開(kāi)關(guān)脈沖。PFM轉(zhuǎn)換器在需要低靜態(tài)電流和極小負(fù)載下的高效率的應(yīng)用中表現(xiàn)出色。一些轉(zhuǎn)換器IC采用這兩種方案，將良好的空閑模式效率和低噪聲相結(jié)合。

IC DC-DC 轉(zhuǎn)換器和控制器的開(kāi)關(guān)頻率范圍為 65kHz 至 4MHz 以上。一般來(lái)說(shuō)，最好避免使用工作頻率低于100kHz的設(shè)備，因?yàn)檫@種頻率是效率低的舊設(shè)備的典型頻率。更高的開(kāi)關(guān)頻率允許更小的外部元件以及更低的峰值電流和I2R損耗，但磁芯損耗、柵極充電電流和開(kāi)關(guān)損耗增加。（請(qǐng)參閱高開(kāi)關(guān)頻率減小元件尺寸一節(jié)。如果應(yīng)用需要盡可能小的尺寸，則尋找開(kāi)關(guān)頻率為1MHz及以上的轉(zhuǎn)換器。否則，只需選擇符合電源標(biāo)準(zhǔn)的器件，并驗(yàn)證其開(kāi)關(guān)頻率不會(huì)干擾系統(tǒng)中的其他組件。

高開(kāi)關(guān)頻率減小了元件尺寸

DC-DC轉(zhuǎn)換器的持續(xù)趨勢(shì)是提高開(kāi)關(guān)頻率，以實(shí)現(xiàn)更小的元件尺寸。當(dāng)每秒發(fā)生更多的開(kāi)關(guān)周期時(shí)，每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的能量（以及存儲(chǔ)該能量的組件的大?。┛梢愿?。例如，電感值可以更低。電感行為由以下等式?jīng)Q定：

VL= L × （di/dt）

WL= （L × i2)/2

例如，考慮一個(gè)工作頻率為500kHz的降壓轉(zhuǎn)換器，采用10μH電感。將頻率更改為 1MHz 允許使用恰好一半的電感或 5μH 來(lái)實(shí)現(xiàn)相同的功率傳輸。雖然電感值降低了一半，但電流要求保持不變。第二個(gè)等式表明，我們剛剛將電感所需的能量存儲(chǔ)減少了一半。由于電感與匝數(shù)的平方成正比，因此電感減少一半意味著匝數(shù)減少到原始位數(shù)的70.7%。減小匝數(shù)也會(huì)按比例降低直流電阻（DCR），因此產(chǎn)生的電感更小，DCR更低。

較高的開(kāi)關(guān)頻率也減小了輸出電容器的尺寸。在上例中，67kHz時(shí)所需的電容為500μF，但在33MHz時(shí)僅為1μF。紋波電流規(guī)格保持不變。

選擇特定器件類型（降壓、升壓等）后，通過(guò)查閱 DC-DC 轉(zhuǎn)換器制造商的網(wǎng)站進(jìn)行最終選擇。請(qǐng)務(wù)必查看制造商的網(wǎng)站以獲取最新的數(shù)據(jù)表。在那里，尋找適用于您正在考慮的器件的應(yīng)用筆記。它們用作指南，通常包括無(wú)需修改即可使用的電路。從應(yīng)用筆記和數(shù)據(jù)手冊(cè)中，您可以獲得控制器件設(shè)計(jì)的公式。

設(shè)計(jì)方程式

DC-DC轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊(cè)應(yīng)包含有助于設(shè)計(jì)電路的公式。用于計(jì)算組件值的宏模型或電子表格文件也可在產(chǎn)品網(wǎng)頁(yè)上找到。請(qǐng)務(wù)必仔細(xì)閱讀IC數(shù)據(jù)手冊(cè)，以確保為所需的性能和工作模式選擇正確的公式。一旦知道了主要設(shè)計(jì)參數(shù)并且您有了正確的方程，評(píng)估方程的最佳工具就是電子表格（如 Excel）或工程數(shù)學(xué)程序（如 MathCAD）。Maxim的EE-Sim工具可生成具有高效仿真引擎的交互式原理圖。如果所選器件具有EE-Sim模型，請(qǐng)使用該模型為您的設(shè)計(jì)計(jì)算適當(dāng)?shù)慕M件。??

電子表格計(jì)算

電子表格是 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的有效基本設(shè)計(jì)工具。它們甚至可以用作粗糙的電路模擬器，其“求解”功能可以幫助優(yōu)化組件值。當(dāng)與DC-DC轉(zhuǎn)換器方程一起使用時(shí)，電子表格允許采用迭代方法，通過(guò)快速指示因果關(guān)系來(lái)幫助選擇元件。

例如，MAX1742是一款內(nèi)部開(kāi)關(guān)降壓轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)手冊(cè)的設(shè)計(jì)程序部分提供了必要的信息和計(jì)算順序。我們假設(shè)恒定的5V輸入，3.3V輸出，最大負(fù)載電流為500mA，工作頻率為500kHz。

盡可能使用定義的變量名稱。輸入更多公式時(shí)，請(qǐng)使用更多名稱定義這些計(jì)算的結(jié)果。選擇名稱，以便在以后檢查計(jì)算時(shí)可以輕松記住它們的含義。

首先，在新工作表的頂部，輸入所有預(yù)定值的名稱（圖 1）。這些名稱可能包括 V英明， V英馬克斯， V外我外、FREQ（頻率）以及與轉(zhuǎn)換器相關(guān)的其他術(shù)語(yǔ)。在緊挨著包含這些名稱的單元格下方的單元格中，定義單元格名稱以匹配上面鍵入的名稱。

圖1.在電子表格中使用單元格名稱。

要定義單元格名稱：選擇要命名的單元格，轉(zhuǎn)到“插入”菜單并選擇“名稱”，然后在子菜單上選擇“定義”。在Excel中，會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，建議（作為默認(rèn)名稱）所選單元格正上方的文本。若要命名單元格，請(qǐng)單擊此對(duì)話框中的“確定”。繼續(xù)跨行，直到所有這些字段都已命名。此命名過(guò)程允許您引用 V英馬克斯在您的計(jì)算中而不是單元格 A2。請(qǐng)注意，圖 1 中的選定單元格為 A2，值為 5。單元格的名稱顯示在標(biāo)記為 A 的行的正上方。接下來(lái)，瀏覽設(shè)計(jì)過(guò)程并選擇所有必需的元件值（表1）。請(qǐng)注意，為清楚起見(jiàn)，原始電子表格值已轉(zhuǎn)換為 SI 單位。

組件選擇

使用表 1 中的值，選擇 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的外圍組件。檢查數(shù)據(jù)手冊(cè)的建議，以確保每個(gè)組件都適合該任務(wù)。如果計(jì)算出的電感值不可用，請(qǐng)選擇下一個(gè)較小的標(biāo)準(zhǔn)值。如果沒(méi)有計(jì)算出的電容器值，請(qǐng)選擇下一個(gè)較大的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

電感器的選擇主要基于電感值、直流電阻 （DCR） 和峰值電流要求。還要確保電感設(shè)計(jì)為在所需的開(kāi)關(guān)頻率下工作。如果未提供該數(shù)據(jù)，請(qǐng)選擇另一個(gè)可提供數(shù)據(jù)的電感器。電感器有表面貼裝和通孔兩種版本，但一般而言，表面貼裝類型具有更好的性能，特別是在高開(kāi)關(guān)頻率下。在我們的示例中，我們與線圈電子Thin-Pac TP1-150非常匹配，后者是具有15.0A飽和電流的73μH電感器。?

輸入電容可降低從輸入電源汲取的峰值電流和流向系統(tǒng)其他元件的輻射噪聲。大多數(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)要么建議特定值，要么給出計(jì)算輸入電容值的公式。確保電容器的紋波電流額定值接近所選開(kāi)關(guān)頻率。對(duì)于我們的500kHz示例，電容器可以是有機(jī)電解質(zhì)，有機(jī)聚合物，陶瓷或鉭類型。

鉭電容器可以對(duì)大的瞬時(shí)電壓階躍和高電流浪涌做出劇烈響應(yīng)，因此不要使用鉭進(jìn)行輸入旁路，輸入電源將通過(guò)機(jī)械開(kāi)關(guān)連接。我們的電路輸入來(lái)自穩(wěn)壓電源，因此我們不必?fù)?dān)心這種限制。因此，我們選擇滿足紋波電流額定值和電壓要求的電容器，例如 C 尺寸外殼的 AVX TPS 系列 100μF 電容器，額定紋波電流為 10V 和 742mA。降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入電容紋波電流近似為：?

IRIPPLE_CIN (RMS) = [IOUT/VIN][VOUT (VIN - VOUT)]1/2

首先，選擇符合推薦的最小值22μF的電容器，并驗(yàn)證其是否滿足所需的額定電壓。例如，采用C尺寸外殼的AVX TPS系列33μF電容器的額定工作電壓為10V。其最大ESR為0.375Ω，接近目標(biāo)。

軟啟動(dòng)電容器和關(guān)閉電阻器沒(méi)有特殊要求;從最接近的可用標(biāo)準(zhǔn)值中選擇它們。要完成元件選擇，請(qǐng)從典型應(yīng)用電路或評(píng)估（EV）原理圖中選擇剩余值。

重新審視電子表格

由于電容器和電感器的標(biāo)準(zhǔn)值數(shù)量有限，因此最接近的可用值可能與計(jì)算值相差20%以上。在這種情況下，應(yīng)使用實(shí)際值重新計(jì)算電子表格，以驗(yàn)證電路是否仍滿足其設(shè)計(jì)目標(biāo)。如表2所示，不需要進(jìn)一步的校正，因?yàn)槲覀兊腞托夫電感的選擇對(duì)電路工作點(diǎn)的影響最小。

元件放置

在本例中布置PCB時(shí)，應(yīng)首先放置DC-DC轉(zhuǎn)換器IC（例如MAX1742）、電感以及輸入和輸出電容。然后，移動(dòng)這些元件，使輸入電容靠近MAX1742的輸入引腳;電感靠近IC的LX引腳;輸出電容靠近電感和IC的接地引腳。優(yōu)化所有這些元件位置可能需要折衷，具體取決于IC引腳位置。在Maxim的DC-DC轉(zhuǎn)換器IC中，引腳位置經(jīng)過(guò)精心選擇，以實(shí)現(xiàn)電路性能和PCB布局的簡(jiǎn)化。

在大多數(shù)情況下，最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)是輸入和輸出電容與IC接地引腳之間的公共接地。這三個(gè)接地必須非常接近，通常彼此相距10mm以內(nèi)（圖2a和2b）。在充電周期（圖2a）期間，電流從輸入電容流經(jīng)高端開(kāi)關(guān)、電感、輸出電容，穿過(guò)接地層，然后返回輸入電容。在放電周期（圖2b）期間，電流繼續(xù)流過(guò)電感、輸出電容、穿過(guò)接地層、回流IC的接地引腳、低邊開(kāi)關(guān)，然后流回電感。

圖2.這些圖顯示了降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器充電（a）和放電（b）循環(huán)期間的電流路徑。

由于該環(huán)流會(huì)干擾其他電路，因此其路徑長(zhǎng)度必須保持較短（短路徑也有助于穩(wěn)定運(yùn)行和效率）。接地部分的路徑長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)（在任一周期內(nèi)）都會(huì)損害電路對(duì)其他電路元件的基準(zhǔn)電壓源。這種情況還可能導(dǎo)致調(diào)節(jié)不良、輸出紋波過(guò)大，甚至不穩(wěn)定。將輸入電容接地、輸出電容地和IC地相鄰放置，可最大程度地減少這些不良影響。

載流元件接地連接的另一個(gè)重要考慮因素是，如果接地層位于另一個(gè)PCB層上，則使用多個(gè)并行PCB過(guò)孔。這對(duì)于輸入和輸出濾波電容器尤其重要。單個(gè)通孔通常會(huì)增加與電容器串聯(lián)的電阻和電感，從而降低其有效性。

電源接地

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)放置組件后，公共接地通過(guò)寬跡線或?qū)嵭你~多邊形連接。使用盡可能多的銅在元件之間創(chuàng)建低阻抗路徑。

本地地面

許多DC-DC轉(zhuǎn)換器IC的典型應(yīng)用電路指示多個(gè)接地符號(hào)，這是如何實(shí)現(xiàn)成功電路布局的絕佳提示。其中一個(gè)不同的符號(hào)通常表示局部接地層，通常標(biāo)題為SGND或AGND。連接到本地接地層的元件可以包括基準(zhǔn)旁路電容、電阻分壓器和設(shè)置工作點(diǎn)的電阻（如電阻R）托夫在本例中），但不應(yīng)包括高電流接地，例如來(lái)自開(kāi)關(guān) MOSFET 的接地。

局部接地層是一個(gè)實(shí)心銅多邊形，最好僅在一點(diǎn)上連接到電源接地層，通常是標(biāo)題為 PGND 的引腳。本地接地層可防止開(kāi)關(guān)電流污染低噪聲本地接地層。這些開(kāi)關(guān)電流通常超過(guò)10A。

接地層

由于許多系統(tǒng)依賴于PCB上所有元件的單獨(dú)接地層，因此通常很容易使用DC-DC轉(zhuǎn)換器部分的接地層來(lái)實(shí)現(xiàn)此目的。應(yīng)該避免這種誘惑。上述開(kāi)關(guān)電流會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路板的接地毛刺，產(chǎn)生過(guò)大的EMI，導(dǎo)致無(wú)效的邏輯狀態(tài)，提高噪聲水平并導(dǎo)致不穩(wěn)定。DC-DC轉(zhuǎn)換器電路和接地層之間的正確接口是單個(gè)過(guò)孔（或多個(gè)過(guò)孔的小組），從澆注的銅電源接地引向埋地接地層。

信號(hào)路由

完成初始地面布局后，為前四個(gè)關(guān)鍵組件進(jìn)行所需的連接，然后放置和布線其余組件。一種有用的方法是將所有非關(guān)鍵信號(hào)通過(guò)小過(guò)孔傳輸?shù)絇CB的背面，同時(shí)保留電路板的頂部用于關(guān)鍵大電流走線的布線。

在電路板上布線非電源走線時(shí)，請(qǐng)考慮信號(hào)的直流和交流分量。請(qǐng)記住，每條走線都是電阻和電感，也可能電容耦合到其他走線。每個(gè)信號(hào)在電路中的使用決定了最佳的走線寬度和長(zhǎng)度。高速和高電流信號(hào)需要短而寬的走線。對(duì)于不太關(guān)鍵的信號(hào)（如低速邏輯），更長(zhǎng)、更細(xì)的走線是可以接受的。將高速開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)離敏感的模擬區(qū)域，如補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和反饋節(jié)點(diǎn)。還要保持補(bǔ)償和反饋網(wǎng)絡(luò)盡可能小，以防止噪聲拾取。如需幫助，請(qǐng)參考評(píng)估板PCB布局上的布局和接地指南。

驗(yàn)證

轉(zhuǎn)換器完成并組裝原型板后，應(yīng)驗(yàn)證整體設(shè)計(jì)的性能是否符合原始標(biāo)準(zhǔn)。如果設(shè)計(jì)在所討論的問(wèn)題方面得到認(rèn)真實(shí)施，那么初步成功的機(jī)會(huì)是很好的。但即使是良心設(shè)計(jì)，可能仍然需要“調(diào)整”。進(jìn)行更改時(shí)，請(qǐng)使用計(jì)算或模型進(jìn)行驗(yàn)證，以確保其他一些重要特征不會(huì)受到損害。例如，您可以確定輸出紋波在較小的輸出濾波器電容下是可以接受的，但這種變化也可能影響穩(wěn)定性。

效率

效率通常是DC-DC轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵性能參數(shù)，特別是對(duì)于使用電池供電的設(shè)備，尤其是筆記本電腦和小型手持設(shè)備的電源。筆記本電腦的電源效率直接影響電池壽命，但也會(huì)影響功耗;它應(yīng)該與散熱限制相協(xié)調(diào)。請(qǐng)注意，以 50% 的效率提供 85W 的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器仍會(huì)在機(jī)箱內(nèi)散發(fā) 8.8W 的熱量。

在筆記本電腦中，效率在各種工作條件下都很重要。示例包括低電池、充滿電池以及待機(jī)和工作狀態(tài)下的電池充電。在其他應(yīng)用中，效率關(guān)鍵點(diǎn)取決于器件的使用方式。輕負(fù)載效率和靜態(tài)工作電流在小型手持設(shè)備（如個(gè)人血糖儀）中最為重要，而滿載效率和發(fā)熱在網(wǎng)絡(luò)硬件中最為關(guān)鍵。

負(fù)載調(diào)整率

無(wú)論負(fù)載如何，轉(zhuǎn)換器都能保持在規(guī)定的輸出電壓容差范圍內(nèi)，稱為負(fù)載調(diào)整率。它適用于直流電，但也包括快速瞬變，例如高速 CPU 遇到的瞬變。您應(yīng)該驗(yàn)證輸出電壓在負(fù)載電流范圍從零到最大值時(shí)是否保持在規(guī)格范圍內(nèi)。確保當(dāng)負(fù)載從最小值快速變?yōu)樽畲笾禃r(shí)，輸出電壓不會(huì)低于其最小值。確保當(dāng)負(fù)載電流從最大值下降到最小值時(shí)不超過(guò)其最大值。請(qǐng)注意，大多數(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)電氣特性表中引用的線路和負(fù)載調(diào)整率規(guī)格是在直流電壓下測(cè)量的，而瞬態(tài)性能通常以典型工作曲線表示。

線路調(diào)節(jié)

電源在變化的輸入電壓下維持輸出電壓調(diào)節(jié)的能力稱為線路調(diào)整率。同樣，應(yīng)在直流和快速交流瞬變下進(jìn)行檢查。當(dāng)便攜式計(jì)算機(jī)從其交流適配器電源切換到其內(nèi)部電池并返回時(shí)，會(huì)遇到瞬態(tài)。在某些系統(tǒng)中，電壓變化可能高達(dá)10V。驗(yàn)證當(dāng)輸入電壓從最小值變?yōu)樽畲笾禃r(shí)，輸出電壓是否保持在規(guī)格范圍內(nèi)。確保輸入電壓的階躍變化不會(huì)導(dǎo)致輸出電壓出現(xiàn)超過(guò)輸出電壓規(guī)格的峰值或谷值。

溫度靈敏度

在實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上評(píng)估系統(tǒng)并判斷其已準(zhǔn)備好用于應(yīng)用可能很方便，但還有一個(gè)關(guān)鍵條件需要檢查：在最壞情況下的工作溫度范圍內(nèi)的性能。符合上述電氣標(biāo)準(zhǔn)的性能應(yīng)在系統(tǒng)在運(yùn)行期間遇到的最高和最低溫度下測(cè)量。注意急劇變化的參數(shù)以及隨溫度變化接近上限或下限的參數(shù)。

評(píng)估系統(tǒng)溫度變化的最佳方法是使用環(huán)境箱。該腔室可讓您在很寬的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制的實(shí)驗(yàn)，精度為 1°C 或更高。在不可能使用腔室的情況下，您仍然可以使用不太復(fù)雜的設(shè)備了解過(guò)溫性能。常見(jiàn)的熱風(fēng)槍甚至吹風(fēng)機(jī)在測(cè)試時(shí)加熱電路很有用。要將回路冷卻到遠(yuǎn)低于環(huán)境溫度，請(qǐng)用壓縮惰性氣體冷噴涂（在許多技術(shù)目錄中提供）進(jìn)行噴灑。冷卻組件時(shí)，請(qǐng)避免冷凝。如果確實(shí)發(fā)生冷凝，請(qǐng)了解電路波動(dòng)可能是由于電路板上的水分造成的，而不是電路對(duì)溫度的敏感性。

結(jié)論

DC-DC電源設(shè)計(jì)既不是火箭科學(xué)，也不是常識(shí)。在成功的設(shè)計(jì)中需要解決的特性列表可能看起來(lái)令人生畏，但有條不紊的方法可以產(chǎn)生迭代最少的工作電路。通過(guò)應(yīng)用本文中的原則，您可以消除大多數(shù)典型的首次設(shè)計(jì)失誤。

Maxim為其大多數(shù)DC-DC轉(zhuǎn)換器提供評(píng)估板。Maxim的免費(fèi)EE-Sim仿真工具還可用于更可靠的電源設(shè)計(jì)，并可用于越來(lái)越多的電源器件。

審核編輯：郭婷