基于電源適配器的電源拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計

電源適配器的設(shè)計和制造要從主電路開始，其中功率變換電路是設(shè)計開關(guān)電源的核心;功率變換電路設(shè)計，就涉及到電源拓撲結(jié)構(gòu)，所以電源電路設(shè)計首要是確定電路的結(jié)構(gòu)，采用AC/DC還是DC/DC拓撲結(jié)構(gòu)，其次是選好控制電路，采用PWM還是PFM控制方式，根據(jù)電源拓撲結(jié)構(gòu)、輸出功率大小、電源應用場景選擇合適的控制電路。另外電源設(shè)計還包括了一些必要的輔助電路，比如，抗電磁干擾電路，整流/濾波電路、過電流/電壓保護電路等。

這種方法的目的是使諧振電路因子Q 值降低，從而減小發(fā)生諧振時的濾波器阻抗，如下圖所示，可以看到加入RC串聯(lián)電路之后濾波器的阻抗在諧振頻點已經(jīng)下降。

在許多情況下，也有使用具有較高ESR的電解電容器代替，但需要注意的是，ESR是一個會隨頻率和溫度發(fā)生變化的參數(shù)。采用伍爾特的REDEXPERT在線平臺可以看到頻率對于ESR帶來的影響，如下圖所示，圖中是一顆10uF/ 50V的鋁電解液電容對應ESR隨頻率的變化曲線。

此外，如果要增加濾波器高頻處(例如大于10MHz)的濾波效果，可以考慮加入磁珠，下圖中通過仿真軟件LTspice給出了LC濾波器以及加入磁珠L4之后組成的LCL濾波器在噪聲抑制特性上的差異，可以看到增加磁珠之后對于濾波器在高頻處噪聲抑制效果帶來的好處，但在實際應用時需要注意電流對于磁珠阻抗的影響。

設(shè)計DC/DC開關(guān)電源中輸出濾波器

輸出端濾波器同樣有其需要注意的地方，如下圖所示，為了增強高頻抑制特性，輸出端加入了包含磁珠的濾波器，但考慮在輸出電流較大的情況下電感以及磁珠的直流電阻RDC帶來的影響，將濾波器放入了DC/DC開關(guān)電源的反饋網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)，從而消除直流壓降帶來的影響。

但反饋網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的濾波器件可能會帶來不希望的相移，從而使得開關(guān)電源的環(huán)路穩(wěn)定性出現(xiàn)問題，降低環(huán)路的增益裕量和相位裕量。在極端情況下，甚至會使得環(huán)路不穩(wěn)定并導致輸出電壓產(chǎn)生振蕩。實際設(shè)計中，增益裕量要求大于12dB且相位裕量大于45°的環(huán)路能夠保證環(huán)路的穩(wěn)定性，從而使得在外界的激勵下輸出不會產(chǎn)生振蕩。下圖中是針對一個穩(wěn)定的BUCK電路進行反饋環(huán)路測試之后繪制的伯德圖，從中可以看出增益裕量為32dB和相位裕量為56°。

所有開關(guān)電源設(shè)計的最后一步就是印制電路板(PCB)的線路設(shè)計。如果這部分設(shè)計不當，PCB也會使電源工作不穩(wěn)定，發(fā)射出過量的電磁干擾(EMI)。設(shè)計者的作用就是在理解電路工作過程的基礎(chǔ)上，保證PCB設(shè)計合理。

開關(guān)電源中，有些信號包含豐富的高頻分量，因而任何一條PCB引線都可能成為天線。引線的長和寬影響它的電阻和電感量，進而關(guān)系到它們的頻率響應。即使是傳送直流信號的引線，也會從鄰近的引線上引入RF(射頻)信號，使電路發(fā)生故障，或者把這干擾信號再次輻射出去。所有傳送交流信號的引線要盡可能短且寬。這意味著任何與多條功率線相連的功率器件要盡可能緊挨在一起，以減短連線長度。引線的長度直接與它的電感量和電阻量成比例，它的寬度則與電感量和電阻量成反比。引線長度就決定了其響應信號的波長，引線越長，它能接收和傳送的干擾信號頻率就越低，它所接收到的RF(射頻)能量也越大。