關(guān)于開關(guān)電源的種種問題，你可以解決嗎？
關(guān)于開關(guān)電源話題，很多電源工程師工作中會(huì)遇到不同的問題。其實(shí)找到問題的根源，才能對(duì)癥下藥。下面給大家分享幾篇不錯(cuò)的文章，供大家學(xué)習(xí)~
一篇文章搞懂BUCK開關(guān)電源基礎(chǔ)理論
介紹了BUCK拓?fù)浣祲旱娜N工作模式（CCM、BCM、DCM），介紹了伏秒平衡方程并通過伏秒平衡方程推導(dǎo)了輸入輸出電壓與占空比的關(guān)系。本篇文章將首先介紹BUCK拓?fù)浣祲旱脑O(shè)計(jì)指標(biāo)-電流紋波率，并根據(jù)各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)確定電感 開關(guān)等各個(gè)元器件的參數(shù)和選型。
電流紋波率
電流紋波率和大家熟知的電壓紋波率是相對(duì)稱的概念。電壓紋波率是元器件兩端的電壓波動(dòng)，而電流紋波率是流過元器件電流的波動(dòng)，電感紋波率示意圖如下圖所示↓（電流紋波率＝vpp/2/vdc）。
在BUCK的開關(guān)電源拓?fù)渲?，電感的電流紋波率是重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，我們希望電流紋波率越接近于0越好，充放電越平穩(wěn)，則電源的電壓紋波 EMI等參數(shù)越好。但是如果想要電流紋波率越小，那么就需要電感的儲(chǔ)能能力越強(qiáng)（電感值越大），大電感的缺點(diǎn)就是成本高 體積大 這是非常不利于我們的工程設(shè)計(jì)的， 下圖為電感感值 成本與電流紋波率相對(duì)應(yīng)的大致曲線↓
曲線是呈指數(shù)下降的，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，在沒有特殊的要求下，我們認(rèn)為取電流紋波率為0.4是從成本 電源穩(wěn)定性等角度考慮比較高性價(jià)比的點(diǎn)，所以在后續(xù)的計(jì)算中我們將電流紋波率取0.4。
電感的選型
流過電感的平均電流、最小電流、最大電流。
在確定CCM模式下的電流紋波率為0.4后，我們就可以畫出電感的預(yù)期電流波形，如下圖所示↓
流過電感的平均電流為Idc
流過電感的最大電流為Idc+(Ipp/2)
流過電感的最小電流為Idc-(Ipp/2)
在電感選型時(shí)要注意電感的最大承受電流和電感的飽和電流都要大于電感的平均電流，在工程應(yīng)用下，我們通常會(huì)取?最大電流 * 1.2（少了不夠，多了浪費(fèi) ）。
電感值的計(jì)算
在快速的開關(guān)下，開關(guān)的開通時(shí)間ton、開關(guān)的關(guān)斷時(shí)間 toff 和 電流變化量△I都為較小的變化量。
則電感公式?U=L*di/dt?的另一種表達(dá)形式為：
Uon = L * (△Ion/Ton)；
Uoff = L * （ △Ioff / △Ton ）；
通過公式可知電流上升量和電流下降量為：
△Ion = (Uon * Ton) / L;
△Ioff = (Uoff * Toff) / L;
又知占空比公式為：
D=Ton/(Ton+Toff)=Ton/T=Ton*頻率f;
通過公式可知電流上升量和電流下降量使用占空比進(jìn)行表達(dá)為：
△Ion = (Uon * D ) / ( L * f );
△Ioff=[ Uoff*(1-D) ] / ( L * f );
電流紋波率公式為：
ρ = △Ion/Iout = △Ioff / Idc； （Iout 就是 Idc）
感量的計(jì)算公式，可通過電流上升量△Ion = (Uon * Ton) / L?計(jì)算，也可通過電流下降量△Ioff = (Uoff * Toff) / L 計(jì)算，下面就使用電流下降量公式做電感的計(jì)算（使用電流上升量公式做計(jì)算的結(jié)果也是相同的）。
公式△Ioff=[ Uoff*(1-D) ] / ( L * f )，使用電流紋波率的表達(dá)方式為……
原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5821.html
開關(guān)電源頻域小信號(hào)環(huán)路特性測(cè)量探討
開關(guān)電源的閉環(huán)調(diào)整特性是由其變換器的小信號(hào)開環(huán)傳遞函數(shù)決定，而這個(gè)傳遞函數(shù)可以用伯德圖表示，通過波德圖，我們可以看出此電源相關(guān)的特性。比如穿越頻率，增益裕量，相位裕量等指標(biāo)。穿越頻率（增益曲線穿越0db時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率），也就是控制帶寬，表征系統(tǒng)的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度。通過負(fù)反饋系統(tǒng)的應(yīng)用，使得開環(huán)傳遞函數(shù)直接產(chǎn)生了180C的相位滯后，則功率級(jí)部分，補(bǔ)償器部分，反饋環(huán)節(jié)部分，總的疊加的相位滯后不能超過180C,由此避免控制環(huán)路的不穩(wěn)定發(fā)生，因此，相位裕量表征系統(tǒng)的閉環(huán)控制的相對(duì)穩(wěn)定性。通過本文，我們回顧一下和小信號(hào)環(huán)路測(cè)試相關(guān)的知識(shí)。
一.小信號(hào)環(huán)路測(cè)試的背景
負(fù)反饋系統(tǒng)廣泛用于控制開關(guān)電源，如圖1所示，是一個(gè)典型的負(fù)反饋系統(tǒng)的框圖，輸出V(s)經(jīng)過反饋環(huán)節(jié)H(s)后，和參考Vref(s)相減得到誤差Ve(s），經(jīng)過被控對(duì)象G(s)后得到控制后的輸出量Vs(s)，輸出V(s）就會(huì)跟隨參考Vref（s）的值。
對(duì)圖1所示的框圖進(jìn)行關(guān)系推導(dǎo)，即可得到輸入Vref(s）對(duì)輸出V(s）的閉環(huán)傳遞函數(shù)關(guān)系，如圖2所示。這里T(s)就是這個(gè)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，它由這個(gè)系統(tǒng)所有環(huán)節(jié)的增益的乘積組成。
如果能知道系統(tǒng)的開環(huán)增益的特性，我們就可以通過奈奎斯特的穩(wěn)定性原則去評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性，顯而易見，T（s）為-1時(shí)，這個(gè)閉環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式為無窮大的值，所以這時(shí)候它是不穩(wěn)定的，所以，我們?cè)谙到y(tǒng)的開環(huán)增益波德圖中不允許其達(dá)到這個(gè)不穩(wěn)定點(diǎn)。
對(duì)于一個(gè)典型的電源變換器來說，如圖3所示，由功率級(jí)環(huán)節(jié)，PWM轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，誤差放大器環(huán)節(jié)組成，這個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)具有基本的控制輸出的功能，比如當(dāng)輸出變小時(shí)，導(dǎo)致誤差VEA變大，同時(shí)讓占空比變大，從而將輸出調(diào)整回來。
而這樣一個(gè)變換器系統(tǒng)的開環(huán)增益可以表達(dá)為圖4中，所示表達(dá)式。
二.小信號(hào)開環(huán)增益測(cè)試
討論了小信號(hào)測(cè)試的背景知識(shí)，為了得到準(zhǔn)確的小信號(hào)特性對(duì)應(yīng)的波特圖，我們需要去測(cè)試一個(gè)電源系統(tǒng)的波德圖，這樣就可以避免各種建模無法考慮到的一些寄生參數(shù)或者非理想因素導(dǎo)致的不準(zhǔn)確性，那么該如何去測(cè)試系統(tǒng)波德圖呢……
原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5683.html
開關(guān)電源變換器的工作模式---恒定導(dǎo)通時(shí)間控制(COT)
一般情況下，開關(guān)電源的輸出電壓Vo恒定，當(dāng)輸入電壓Vin變化時(shí)，需要有另外一個(gè)變量進(jìn)行相應(yīng)的控制變化，維持輸出電壓Vo恒定。以Buck降壓變換器為例，根據(jù)控制變化量的不同可以分為以下幾種控制模式：
1）開關(guān)頻率fsw恒定，當(dāng) 輸入電壓Vin變化時(shí)，根據(jù)Vo=D*Vin=Tsw_on/Ts*Vin，占空比D=Tsw_on/Tsw進(jìn)行相應(yīng)的變化，也就是PWM控制；
2）如果開通時(shí)間Tsw_on固定，當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，開關(guān)頻率fsw進(jìn)行相應(yīng)的變化，這種方式就是恒定導(dǎo)通時(shí)間控制；
3）如果開通時(shí)間Tsw_off固定，當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，開關(guān)頻率fsw進(jìn)行相應(yīng)的變化，這種方式就是恒定關(guān)斷時(shí)間控制；
以上三種控制方式中，第一種是定頻控制，后面兩種是變頻控制。其中COT控制是通過檢測(cè)流過開關(guān)管電流谷點(diǎn)電流值進(jìn)行控制，其工作過程如下：
當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，流過電感電流上升，開關(guān)管導(dǎo)通一個(gè)固定時(shí)間后，關(guān)斷開關(guān)管，此時(shí)流過電感電流開始下降，通過檢測(cè)檢流電阻兩端電壓值與芯片內(nèi)部值進(jìn)行比較，重新打開開關(guān)管，依次重復(fù)。下面以一款COT Buck控制芯片為例詳細(xì)說明COT控制主要計(jì)算公式……
原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5594.html
Buck開關(guān)電源輸入電容的選擇
本文以Buck開關(guān)電源為例分析輸入電容的選擇。Buck電路工作框圖如下圖所示
Buck開關(guān)管Q的工作波形如下：0~DTsw的開關(guān)管導(dǎo)通期間，有電流流過Q，在DTsw~Tsw的開關(guān)管關(guān)斷期間，流過Q的電流為0.當(dāng)ΔIout足夠小時(shí)，可以將開關(guān)管導(dǎo)通期間的電流波形等效為一個(gè)高為Iout，寬為DTsw的矩形波形，則有
根據(jù)能量守恒, 流過開關(guān)管Q的電流波形幾何關(guān)系可得
在開關(guān)管Q導(dǎo)通期間輸入端和輸入電容同時(shí)向輸出端提供能量，因此輸入電容電流等于流過開關(guān)管電流Iq減去輸入端電流；在Q關(guān)斷期間，輸入端對(duì)輸入電容充電，補(bǔ)充開關(guān)管導(dǎo)通期間的損失，此時(shí)輸入電容電流反向等效為-D*Iout。當(dāng)輸入電容足夠大時(shí)，輸入電流整個(gè)周期基本恒定，有
根據(jù)輸入電容電流波形可得流過輸入電容的有效值為
化簡(jiǎn)可得
上面是不考慮紋波的情況下的輸入電容電流的有效值，在考慮紋波的情況下有……
原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5573.html
<75W開關(guān)電源的EMI整改策略
對(duì)于小于75W的開關(guān)電源的供電系統(tǒng)，我們沒有強(qiáng)制要求增加PFC電路設(shè)計(jì)。此時(shí)<75W的單激方式的反激設(shè)計(jì)是系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單實(shí)用且實(shí)效的方案。
工作于開關(guān)狀態(tài)的單激式設(shè)計(jì)，其開關(guān)電源的電壓、電流變化率都很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大。干擾源主要集中在功率開關(guān)管，開關(guān)變壓器，輸出整流二極管等，其干擾頻率不高（從幾十千赫到十兆赫茲/也有超過十MHZ的），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾為主。
在EMI-傳導(dǎo)的高效設(shè)計(jì)方面我的濾波器設(shè)計(jì)理論及推薦的共模電感設(shè)計(jì)可以一步到位，但往往電子工程師對(duì)理論研究比較薄弱，同時(shí)對(duì)成本應(yīng)對(duì)問題，濾波器中的共模電感的參數(shù)是用湊合來的（成本最低）。我再將電子工程師朋友們遇到的EMI整改問題根據(jù)測(cè)試頻段對(duì)應(yīng)的干擾源頭進(jìn)行一下追加措施處理！
1.<75W中功率的應(yīng)用設(shè)計(jì)原理圖（通用設(shè)計(jì)參考）
以上是我研究開關(guān)電源以來實(shí)施最多4種結(jié)構(gòu)。注意其應(yīng)用場(chǎng)合有比較大的差異，我有一門課程是來研究電子產(chǎn)品的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，依據(jù)產(chǎn)品認(rèn)證要求不同，如果其結(jié)構(gòu)選擇不當(dāng)，對(duì)產(chǎn)品的系統(tǒng)EMC會(huì)帶來成本及整改的問題！
2.我先推薦大家開關(guān)電源EMI在不同頻段的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)Data
A.<1MHZ,主要以差模干擾為主，可以采用差模干擾抑制的策略
B.1MHZ—5MHZ,主要是差模與共模的混合干擾為主
C.>5MHZ,主要是以共模干擾為主，可以采用共模干擾抑制的策略
D.30MHZ—50MHZ,輻射段大多為 MOS管的高速開關(guān)引起
E.50MHZ—100MHZ,輻射段大多為 輸出整流二極管的反向恢復(fù)電流引起
F.>200MHZ,開關(guān)電源的輻射會(huì)比較小了；需要分析數(shù)字電路，時(shí)鐘，MCU,CPU/RAM等高頻控制信號(hào)；可以通過測(cè)試曲線的數(shù)據(jù)來大致判斷來源……
原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-4794.html
<5W開關(guān)電源系統(tǒng)的輻射超標(biāo)的改善分析
在我們很多工業(yè)及消費(fèi)類電子產(chǎn)品應(yīng)用中，使用開關(guān)電源系統(tǒng)供電可以減小體積。對(duì)于電源的輸出負(fù)載主要是繼電器及MCU等簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，追求小體積電源系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠在應(yīng)用中越來越廣泛！特別是物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的應(yīng)用，同時(shí)開關(guān)電源供電系統(tǒng)的集成度已非常高，好的設(shè)計(jì)和選擇非常重要。為了做到應(yīng)用時(shí)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)EMC的要求提供我前期的實(shí)際工作設(shè)計(jì)案例，分享給電子設(shè)計(jì)愛好者參考！
1. 小功率電源系統(tǒng)LNK564PN改善EMI的原理設(shè)計(jì)參考方案如下：
2. 客戶在實(shí)際使用時(shí)測(cè)試的超標(biāo)頻段及頻點(diǎn)范圍如下：
① 30MHZ-40MHZ的頻點(diǎn)范圍 超標(biāo)5dB左右
② 200HZ-300MHZ的頻段范圍且是時(shí)鐘的倍頻
3. 通過數(shù)據(jù)調(diào)試確認(rèn)輻射發(fā)射的位置及器件。
① 30MHZ-100MHZ的頻點(diǎn)范圍如果是開關(guān)電源其相關(guān)的器件位置為：
現(xiàn)將各個(gè)頻段的干擾形式及狀態(tài)總結(jié)如下：
1MHZ以內(nèi)----以差模干擾為主,增大X 電容就可解決；
1MHZ-5MHZ---差模共?；旌?采用輸入端并一系列X 電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并解決;
5M---以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法.對(duì)于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會(huì)對(duì)10MHZ以上干擾有較大的衰減;
30---50MHZ?普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起,可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻,RCD優(yōu)化緩沖吸收電路；對(duì)于集成MOS的方案設(shè)計(jì)，建議在MOS的D&S間并聯(lián)<220pF的電容會(huì)有較好的改善，注意IC的溫升問題！！
50---100MHZ?普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,可以在整流管上串磁珠，增加RC吸收電路等措施；
注意：對(duì)于小功率開關(guān)電源的輻射一般只會(huì)影響到100MHZ 以下的頻段.也可以在MOS,二極管上加相應(yīng)吸收回路,但效率會(huì)有所降低!
② 200MHZ-300MHZ對(duì)于是時(shí)鐘的倍頻則處理按時(shí)鐘的標(biāo)準(zhǔn)電路原理進(jìn)行處理
4. 在電路中增加器件進(jìn)行的改善處理及實(shí)際結(jié)果情況分析：
① 更改電路中的RCD吸收電路R和C效果不明顯
② RCD吸收回路中D上套磁珠效果不明顯
③ 輸出二極管UF4005上套磁珠效果不明顯
④ 在LNK564PN的D與S腳增加101/1KV電容效果不明顯
⑤ 電感L1上并聯(lián)1K的電阻30MHZ-40MHZ的超標(biāo)的點(diǎn)幅度降低
⑥ 將電感L1直接用屏蔽材料包裹，30M-40MHZ的輻射超標(biāo)點(diǎn)通過
⑦ 將時(shí)鐘和晶振電路進(jìn)行RC處理及更改PCB后測(cè)試通過……
原文鏈接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-4781.html
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