《電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談》

目錄

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談1：為您的電源選擇正確的工作頻率............................................5

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談2：駕馭噪聲電源............................................................6

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談3：阻尼輸入濾波器——第一部分..............................................8

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談4：阻尼輸入濾波器系列之第二部分...........................................10

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談5：降壓一升壓電源設(shè)計中降壓控制器的使用...................................11

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談&精確測量電源紋波.......................................................13

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談7：高效驅(qū)動LED離線式照明................................................14

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談8：通過改變電源頻率來降低EMI性能.........................................16

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談9：估算表面貼裝半導(dǎo)體的溫升...............................................18

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談10：輕松估計負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)..................................................20

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談11：解決電源電路損耗問題..................................................21

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談12：電源效率最大化........................................................22

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談13：小心別被電感磁芯損耗燙傷..............................................24

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談14：SEPIC轉(zhuǎn)換器提供高效偏置電源...........................................25

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談15：低成本、高性能LED驅(qū)動器............................................27

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談16：緩沖正向轉(zhuǎn)換器........................................................29

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談17：緩沖反向轉(zhuǎn)換器........................................................33

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談18：您穩(wěn)壓器的輸出電壓精度或許并非如您所想的那樣糟糕......................35

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談19：輕松創(chuàng)建多個負(fù)輸出電壓................................................38

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談20：注意那些意外諧振響應(yīng)..................................................40

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談21：請注意電容RMS紋波額定電流！........................................42

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談22：避免一些常見的誤差放大器使用錯誤......................................44

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談23：改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)......................................................46

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談24：并-串聯(lián)阻抗轉(zhuǎn)換.......................................................47

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談25：改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)一第2部分............................................50

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談26：高頻導(dǎo)體的電流分布....................................................52

POWERTIP27:PARALLELINGPOWERSUPPLIESUSINGTHEDROOPMETHOD..............................................................54

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談28：估算熱插拔MOSFET的瞬態(tài)溫升一一第1部分.............................56

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談29：估算熱插拔MOSFET的瞬態(tài)溫升——第2部分.............................57

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談30：低壓降壓IC讓簡捷、經(jīng)濟(jì)的偏置電源成為現(xiàn)實(shí)............................59

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談31：同步降壓MOSFET電阻比的正確選擇.....................................61

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談32：注意SEPIC耦合電感回路電流一第1部分.................................62

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談33：注意SEPIC耦合電感回路電流——第2部分................................64

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談34：設(shè)計簡易的隔離式偏壓電源.............................................66

POWERTIP35:MINIMIZETRANSFORMERINTERWINDINGCAPACITANCE...................................................................68

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談36：使用高壓LED提高燈泡效率.............................................71

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談37：折中選擇輸入電容紋波電流的線壓范圍....................................73

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談38：使用簡易鎖存電路保護(hù)電源..............................................75

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談39：同步整流帶來的不僅僅是高效率...........................................77

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談40：非隔離式電源的共模電流................................................78

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談41：DDR內(nèi)存電源.........................................................80

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談42：可替代集成MOSFET的分立器件.........................................82

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談43：分立器件-----款可替代集成MOSFET驅(qū)動器的卓越解決方案................84

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談44：如何處理高DI/DT負(fù)載瞬態(tài)............................................85

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談45：如何處理高DI/DT負(fù)載瞬態(tài)（下）...........................................87

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談46：正確的同步降壓FET時序...............................................90

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談47：解決隔離式開關(guān)的傳導(dǎo)性共模輻射問題....................................92

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談48：解決隔離式開關(guān)的傳導(dǎo)性共模輻射問題之第2部分..........................93

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談49：多層陶瓷電容器常見小缺陷的規(guī)避方法....................................95

電源設(shè)計小貼士50：鋁電解電容器常見缺陷的規(guī)避方法........................................97

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談1:為您的電源選擇正確的工作頻率

歡迎來到電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談！隨著現(xiàn)在就越低。其次，較高的頻率運(yùn)行通常意味

對更高效、更低成本電源解決方案需求的著可以使用較小的組件值。因此，更高頻

強(qiáng)調(diào)，我們創(chuàng)建了該專欄，就各種電源管率運(yùn)行能夠帶來極大的成本節(jié)約。

理課題提出一些對您有幫助的小技巧。該圖1顯示的是降壓電源頻率與體積

專欄面向各級設(shè)計工程師。無論您是從事的關(guān)系。頻率為100kHz時，電感占據(jù)

電源業(yè)務(wù)多年還是剛剛步入電源領(lǐng)域，您了電源體積的大部分（深藍(lán)色區(qū)域）。如果

都可以在這里找到一些極其有用的信息，我們假設(shè)電感體積與其能量相關(guān)，那么其

以幫助您迎接下一個設(shè)計挑戰(zhàn)體積縮小將與頻率成正比例關(guān)系。由于某

為您的電源選擇最佳的工作頻率是種頻率下電感的磁芯損耗會極大增高并

一個復(fù)雜的權(quán)衡過程，其中包括尺寸、效限制尺寸的進(jìn)一步縮小，因此在此情況下

率以及成本。通常來說，低頻率設(shè)計往往上述假設(shè)就不容樂觀了。如果該設(shè)計使用

是最為高效的，但是其尺寸最大且成本也陶瓷電容，那么輸出電容體積（褐色區(qū)域）

最高。雖然調(diào)高頻率可以縮小尺寸并降低便會隨頻率縮小，即所需電容降低。另一

成本，但會增加電路損耗。接下來，我們方面，之所以通常會選用輸入電容，是因

使用一款簡單的降壓電源來描述這些權(quán)為其具有紋波電流額定值。該額定值不會

衡過程。隨頻率而明顯變化，因此其體積（黃色區(qū)域）

我們以濾波器組件作為開始。這些組往往可以保持恒定。另外，電源的半導(dǎo)體

件占據(jù)了電源體積的大部分，同時濾波器部分不會隨頻率而變化。這樣，由于低頻

的尺寸同工作頻率成反比關(guān)系。另一方面,開關(guān)，無源器件會占據(jù)電源體積的大部分。

每一次開關(guān)轉(zhuǎn)換都會伴有能量損耗；工作當(dāng)我們轉(zhuǎn)到高工作頻率時，半導(dǎo)體（即半導(dǎo)

頻率越高，開關(guān)損耗就越高，同時效率也體體積，淡藍(lán)色區(qū)域）開始占據(jù)較大的空間

比例。

圖1電源組件體積主要由半導(dǎo)體占據(jù)

該曲線圖顯示半導(dǎo)體體積本質(zhì)上并當(dāng)開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗相等時，每種

未隨頻率而變化，而這一關(guān)系可能過于簡工作頻率的總損耗最低。另外，隨著工作

單化。與半導(dǎo)體相關(guān)的損耗主要有兩類：頻率提IWJ,總損耗將更局。

傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗。同步降壓轉(zhuǎn)換器中但是，在更高的工作頻率下，最佳裸

的傳導(dǎo)損耗與MOSF日的裸片面積成反片面積較小，從而帶來成本節(jié)約。實(shí)際上,

比關(guān)系。MOSFET面積越大，其電阻和傳在低頻率下，通過調(diào)整裸片面積來最小化

導(dǎo)損耗就越低。損耗會帶來極高成本的設(shè)計。但是，轉(zhuǎn)到

開關(guān)損耗與MOSFET開關(guān)的速度以更高工作頻率后，我們就可以優(yōu)化裸片面

及MOSF日具有多少輸入和輸出電容有積來降低損耗，從而縮小電源的半導(dǎo)體體

關(guān)。這些都與器件尺寸的大小相關(guān)。大體積。這樣做的缺點(diǎn)是，如果我們不改進(jìn)半

積器件具有較慢的開關(guān)速度以及更多的導(dǎo)體技術(shù)，那么電源效率將會降低。如前

電容。圖2顯示了兩種不同工作頻率舊所述，更高的工作頻率可縮小電感體積;

的關(guān)系。傳導(dǎo)損耗（Peon）與工作頻率無所需的內(nèi)層芯板會減少。更高頻率還可降

關(guān)，而開關(guān)損耗（PswFl和PswF2）與低對于輸出電容的要求。有了陶瓷電容,

工作頻率成正比例關(guān)系。因此更高的工作我們就可以使用更低的電容值或更少的

頻率（PswF2）會產(chǎn)生更高的開關(guān)損耗。電容。這有助于縮小半導(dǎo)體裸片面積，進(jìn)

而降低成本。

圖2提高工作頻率會導(dǎo)致更高的總體損耗

下一篇，我們將討論如何駕馭噪聲電源。

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談2：駕馭噪聲電源

無噪聲電源并非是偶然設(shè)計出來的。

一種好的電源布局是在設(shè)計時最大程度電源內(nèi)部一些主要噪聲敏感型電路的結(jié)

的縮短實(shí)驗(yàn)時間?；ㄙM(fèi)數(shù)分鐘甚至是數(shù)小構(gòu)圖。將輸出電壓與一個參考電壓進(jìn)行比

時的時間來仔細(xì)查看電源布局，便可以省較以生成一個誤差信號，然后再將該信號

去數(shù)天的故障排查時間。圖1顯示的是與一個斜坡相比較，以生成一個用于驅(qū)動

rn

功率級的PWM（脈寬調(diào)制）信號。電源噪其他反饋組件緊跟其后。并且，串聯(lián)電阻

聲主要來自三個地方：誤差放大器輸入與-電容也可能形成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。最理想的結(jié)果

輸出、參考電壓以及斜坡。對這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)是，將電阻靠近誤差放大器輸入端放貉，

行精心的電氣設(shè)計和物理設(shè)計有助于最這樣，如果高頻信號注入該電阻-電容節(jié)點(diǎn)

大程度地縮短故障診斷時間。一般而言，時，那么該高頻信號就不得不承受較高的

噪聲會與這些低電平電路電容耦合。一種電阻阻抗一而電容對高頻信號的阻抗則

卓越的設(shè)計可以確保這些低電平電路的很小。斜坡是另一個潛在的會帶來噪聲問

緊密布局，并遠(yuǎn)離所有開關(guān)波形。接地層題的地方。斜坡通常由電容器充電（電壓模

也具有屏蔽作用。誤差放大器輸入端可能式）生成，或由來自于電源開關(guān)電流的采樣

是電源中最為敏感的節(jié)點(diǎn)，因?yàn)槠渫ǔ＞撸娏髂Ｊ剑┥?。通常，電壓模式斜坡?/p>

有最多的連接組件。如果將其與該級的極不是一個問題，因?yàn)殡娙輰Ω哳l注入信號

高增益和高阻抗相結(jié)合，后患無窮。在布的阻抗很小。而電流斜坡卻較為棘手，因

局過程中，您必須最小化節(jié)點(diǎn)長度，并盡為存在了上升邊沿峰值、相對較小的斜坡

可能近地將反饋和輸入組件靠近誤差放振幅以及功率級寄生效應(yīng)。

大器放珞。如果反饋網(wǎng)絡(luò)中存在高頻積分

電容，那么您必須將其靠近放大器放貉，

Ramp

圖1低電平控制電路的諸多噪聲形成機(jī)會

圖2顯示了電流斜坡存在的一些問噪聲正被注入下列三個地方之一：誤差放

題。第一幅圖顯示了上升邊沿峰值和隨后大器、參考電壓或斜坡。您只需分步解決

產(chǎn)生的電流斜坡。比較器（根據(jù)其不同速度）便可！第一步是檢查節(jié)點(diǎn)，看斜坡中是否

具有兩個電壓結(jié)點(diǎn)（potentialtrip存在明顯的非線性，或者誤差放大器輸出

points）,結(jié)果是無序控制運(yùn)行，聽起來更中是否存在高頻率變化。如果檢查后沒有

像是煎熏肉的聲音。發(fā)現(xiàn)任何問題，那么就將誤差放大器從電

利用控制IC中的上升邊沿消隱可路中取出，并用一個清潔的電壓源加以代

以很好地解決這一問題，其忽略了電流波替。這樣您應(yīng)該就能夠改變該電壓源的輸

形的最初部分。波形的高頻濾波也有助于出，以平穩(wěn)地改變電源輸出。如果這樣做

解決該問題。同樣也要將電容器盡可能近奏效的話，那么您就已經(jīng)將問題范圍縮小

地靠近控制IC放谿。正如這兩種波形表至參考電壓和誤差放大器了。

現(xiàn)出來的那樣，另一種常見的問題是次諧有時，控制IC中的參考電壓易受開

波振蕩。這種寬一窄驅(qū)動波形表現(xiàn)為非充關(guān)波形的影響。利用添加更多（或適當(dāng)）的

分斜率補(bǔ)償。向當(dāng)前斜坡增加更多的電壓旁路可能會使這種狀況得到改善。另外，

斜坡便可以解決該問題。盡管您已經(jīng)相當(dāng)使用柵極驅(qū)動電阻來減緩開關(guān)波形也可

仔細(xì)地設(shè)計了電源布局，但是您的原型電能會有助于解決這一問題。如果問題出在

源還是存在噪聲。這該怎么辦呢？首先，誤差放大器上，那么降低補(bǔ)償組件阻抗會

您要確定消除不穩(wěn)定因素的環(huán)路響應(yīng)不有所幫助，因?yàn)檫@樣降低了注入信號的振

存在問題。有趣的是，噪聲問題可能會看幅。如果所有這些方法都不奏效，那么就

起來像是電源交叉頻率上的不穩(wěn)定。但真從印刷電路板將誤差放大器節(jié)點(diǎn)去除。對

正的情況是該環(huán)路正以其最快響應(yīng)速度補(bǔ)償組件進(jìn)行架空布線（airwiring）可

糾出注入誤差。同樣，最佳方法是識別出以幫助我們識別出哪里有問題。

下一篇，我們將討論阻尼輸入濾波器的第一部分（共2部分）。

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談3：阻尼輸入濾波器一一第一部分

開關(guān)調(diào)節(jié)器通常優(yōu)于線性調(diào)節(jié)器，因的下降，電流不斷上升。

為它們更高效，而開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則十分依

賴輸入濾波器。這種電路元件與電源的典

型負(fù)動態(tài)阻抗相結(jié)合，可以誘發(fā)振蕩問題。

本文將闡述如何避免此類問題的出現(xiàn)。

一般而言，所有的電源都在一個給定

輸入范圍保持其效率。因此，輸入功率或

多或少地與輸入電壓水平保持恒定。圖1

顯示的是一個開關(guān)電源的特征。隨著電壓圖1開關(guān)電源表現(xiàn)出的負(fù)阻抗

負(fù)輸入阻抗高頻率時，輸出電容分流阻抗。在中間頻

電壓-電流線呈現(xiàn)出一定的斜率，其從率時，電感和電容實(shí)質(zhì)上就形成了一種并

本質(zhì)上定義了電源的動態(tài)阻抗。這根線的聯(lián)諧振電路，從而使電源阻抗變高，呈現(xiàn)

斜率等于負(fù)輸入電壓除以輸入電流。也就出較高的電阻。

是說，由Pin=V.I,可以得出V=Pin/l；大多數(shù)情況下，峰值電源阻抗可以通

并由此可得dV/dl=-Pin/12或dV/dl過首先確定濾波器億o）的特性阻抗來估

?-V/L該近似值有些過于簡單，因?yàn)樗愕贸觯鵀V波器特性阻抗等于電感除以

控制環(huán)路影響了輸入阻抗的頻率響應(yīng)。但電容所得值的平方根。這就是諧振下電感

是很多時候，當(dāng)涉及電流模式控制時這種或者電容的阻抗。接下來，對電容的等效

簡單近似值就已足夠了。串聯(lián)電阻（ESR）和電感的電阻求和。這樣

為什么需要輸入濾波器便得到電路的Q值。峰值電源阻抗大約

開關(guān)調(diào)節(jié)器輸入電流為非連續(xù)電流，等于Zo乘以電路的Q值。振蕩

并且在輸入電流得不到濾波的情況下其但是，開關(guān)的諧振濾波器與電源負(fù)阻

會中斷系統(tǒng)的運(yùn)行。大多數(shù)電源系統(tǒng)都集抗耦合后會出現(xiàn)問題。圖3顯示的是在

成了一個如圖2所示類型的濾波器。電一個電壓驅(qū)動串聯(lián)電路中值相等、極性相

容為功率級的開關(guān)電流提供了一個低阻反的兩個電阻。這種情況下，輸出電壓趨

抗，而電感則為電容上的紋波電壓提供了向于無窮大。當(dāng)您獲得由諧振輸入濾波器

一個高阻抗。該濾波器的高阻抗使流入源等效電阻所提供電源的負(fù)電阻時，您也就

極的開關(guān)電流最小化。在低頻率時，該濾會面臨一個類似的電源系統(tǒng)情況；這時，

波器的源極阻抗等于電感阻抗。在您升高電路往往就會出現(xiàn)振蕩。

圖3與其負(fù)阻抗耦合的開關(guān)諧振濾波器

可引起不必要的振蕩

設(shè)計穩(wěn)定電源系統(tǒng)的秘訣是保證系統(tǒng)電源阻抗始終大大小于電源的輸入阻抗。我

們需要在最小輸入電壓和最大負(fù)載（即最低輸入阻抗）狀態(tài)下達(dá)到這一目標(biāo)。在電源設(shè)

計經(jīng)驗(yàn)談4中，我們將討論控制電源阻抗的一些實(shí)用方法

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談4：阻尼輸入濾波器系列之第二部分

控制源極阻抗輸入濾波器并聯(lián)放絡(luò)。利用一個跨接CO

在“電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談3”中，我們討的電阻，可以阻尼濾波器。但是，在大多

論了輸入濾波器的源極阻抗如何變得具數(shù)情況下，這樣做會導(dǎo)致功率損耗過高。

有電阻性，以及其如何同開關(guān)調(diào)節(jié)器的負(fù)另一種方法是在濾波器電感的兩端添加

輸入阻抗相互作用。在極端情況下，這些一個串聯(lián)連接的電感和電阻有趣的是，一

阻抗振幅可以相等，但是其符號相反從而旦選擇了四個其他電路組件，那么就會有

構(gòu)成了一個振蕩器。業(yè)界通用的標(biāo)準(zhǔn)是輸一個阻尼電阻的最佳選擇。圖2顯示的

入濾波器的源極阻抗應(yīng)至少比開關(guān)調(diào)節(jié)是不同阻尼電阻情況下這類濾波器的輸

器的輸入阻抗低6dB,作為最小化振蕩概出阻抗。紅色曲線表示過大的阻尼電阻。

率的安全裕度。輸入濾波器設(shè)計通常以根請思考一下極端的情況，如果阻尼電阻器

據(jù)紋波電流額定值或保持要求選擇輸入開啟，那么峰值可能會非常的高，且僅由

電容（圖1所示CO）CO和LO來設(shè)定。藍(lán)色曲線表示阻尼電

開始的。第二步通常包括根據(jù)系統(tǒng)的阻過低。如果電阻被短路，則諧振可由兩

EMI要求選擇電感（LO）o正如我們上個個電容和電感的并聯(lián)組合共同設(shè)貉。綠色

月討論的那樣，在諧振附近，這兩個組件曲線代表最佳阻尼值。利用一些包含閉型

的源極阻抗會非常高，從而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)解的計算方法（見參考文獻(xiàn)1）就可以很輕

定。圖1描述了一種控制這種阻抗的方松地得到該值。

法，其將串聯(lián)電阻（RD）和電容（CD）與

RDCO

CD=N?CO

圖1CD和RD阻尼輸出濾波器源圖2在給定CD-CO比的情況下,

極阻抗有一個最佳阻尼電阻選擇組件

選擇阻尼電阻

在選擇阻尼組件時，圖3非常有用。

該圖是通過使用RDMiddlebrook建立尼電阻同該典型阻抗的比。利用該圖，首

的閉型解得到的。橫坐標(biāo)為阻尼濾波器輸先根據(jù)電路要求來選擇LO和CO,從

出阻抗與未阻尼濾波器典型阻抗（ZO=而得到ZOo隨后，將最小電源輸入阻抗

（LO/CO）l/2）的比?？v坐標(biāo)值有兩個：除以二，得到您的最大輸入濾波器源極阻

阻抗（6dB）0

尼電容與濾波器電容（N）的比；以及阻

最小電源輸入阻抗等于Vinmin2/Pmcix。也即6Ohms0現(xiàn)在，在6/1=6的X

只需讀取阻尼電容與濾波器電容的比以軸上輸入該圖，那么，CD/CO=O.L即

及阻尼電阻與典型阻抗的比，您便可以計1pF,同時RD/ZO=3,也即3OhmSo

算得到一個橫坐標(biāo)值。例如，一個具有

lOpiH電感和10戶電容的濾波器具有

Zo=(10pH/10|jF)l/2=1Ohm的典型

阻抗。如果它正對一個12V最小輸入的

12W電源進(jìn)行濾波，那么該電源輸入阻

抗將為Z=V2/P=122/12=12Ohms0

這樣，最大源極阻抗應(yīng)等于該值的二分之

圖3選取LO和CO后，便可從最大允許源極阻抗范圍內(nèi)選擇CD和RD

在"電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談5”中，我們將討論降壓一升壓電源中降壓控制器的使用。

參考文獻(xiàn)1、《防止開關(guān)模式調(diào)節(jié)器中輸入濾波器發(fā)生振蕩的設(shè)計技巧》，作者:

R.D.Middlebrook,ProceedingsPowercon5,1978年。

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談5：降壓一升壓電源設(shè)計中降壓控制器的使用

電子電路通常都工作在正穩(wěn)壓輸出F日開關(guān)時出現(xiàn)在電感上的電壓不同

電壓下，而這些電壓一般都是由降壓穩(wěn)壓于降壓轉(zhuǎn)換器的電壓。正如在降壓轉(zhuǎn)換器

器來提供的。如果同時還需要負(fù)輸出電壓,中一樣，平衡伏特-微秒(V-ps)乘積以防

那么在降壓一升壓拓?fù)渲芯涂梢耘浜严嘀闺姼酗柡褪欠浅１匾?。?dāng)F日為開

同的降壓控制器。負(fù)輸出電壓降壓一升壓啟時(如圖1所示的ton間隔)，全部輸

有時稱之為負(fù)反向，其工作占空比為50%,入電壓被施加至電感。這種電感"點(diǎn)"側(cè)

可提供相當(dāng)于輸入電壓但極性相反的輸上的正電壓會引起電流斜坡上升，這就帶

出電壓。其可以隨著輸入電壓的波動調(diào)節(jié)來電感的開啟時間V-ps乘積。F曰關(guān)閉

占空比，以“降壓”或“升壓”輸出電壓(toff)期間，電感的電壓極性必須倒轉(zhuǎn)以

來維持穩(wěn)壓。維持電流，從而拉動點(diǎn)側(cè)為負(fù)極。電感電

圖1顯示了一款精簡型降壓一升壓流斜坡下降，并流經(jīng)負(fù)載和輸出電容，再

電路，以及電感上出現(xiàn)的開關(guān)電壓。這樣經(jīng)二極管返回。電感關(guān)閉時V-ps乘積必

一來該電路與標(biāo)準(zhǔn)降壓轉(zhuǎn)換器的相似性須等于開啟時V-ps乘積。由于Vin和

就會頓時明朗起來。實(shí)際上，除了輸出電Vout不變，因此很容易便可得出占空比

壓和接地相反以外，它和降壓轉(zhuǎn)換器完全(D)的表達(dá)式：D=Vout/(Vout"Vin)。

一樣。這種布局也可用于同步降壓轉(zhuǎn)換器。這種控制電路通過計算出正確的占空比

這就是與降壓或同步降壓轉(zhuǎn)換器端相類來維持輸出電壓穩(wěn)壓。上述表達(dá)式和圖1

似的地方，因?yàn)樵撾娐返倪\(yùn)行與降壓轉(zhuǎn)換所示波形均假設(shè)運(yùn)行在連續(xù)導(dǎo)電模式下。

器不同。

降壓一升壓電感必須工作在比輸出因此"Vout上便形成了一個電容性分壓

負(fù)載電流更高的電流下。其被定義為IL=器。這就在控制器開始起作用以前，在開

KSUBOUKsub>/(l-D),或只是輸入電啟時間的輸出上形成一個正峰值。為了最

流與輸出電流相加。對于和輸入電壓大小小化這種影響，最佳的方法通常是使用一

相等的負(fù)輸出電壓。=0.5)而言，平均電個比輸出電容要小得多的輸入電容，請參

感電流為輸出的2倍。見圖2所示的電路。輸入電容的電流在

有趣的是，連接輸入電容返回端的方提供de輸出電流和吸收平均輸入電流

法有兩種，其會影響輸出電容的rms電之間相互交替。rms電流電平在最高輸入

流。典型的電容布局是在+Vin和Gnd電流的低輸入電壓時最差。因此，選擇電

之間，與之相反，輸入電容可以連接在容器時要多加注意，不要讓其ESR過高。

+Vin"V<SUBOUT<sub>之間。利用陶瓷或聚合物電容器通常是這種拓?fù)漭^

這種輸入電容配珞可降低輸出電容的rms為合適的選擇。

電流。然而，由于輸入電容連接至"Vout,

圖2降壓控制器在降壓一升壓中的雙重作用

必須要選擇一個能夠以最小輸入電輸出接地的反饋電阻器可實(shí)現(xiàn)對輸出電

壓減去二極管壓降上電的控制器，而且在壓的調(diào)節(jié)，這是由于控制器以負(fù)輸出電壓

運(yùn)行期間還必須能夠承受得住Vin加為參考電壓。只需精心選取少量組件的值,

Vout的電壓。F日和二極管還必須具有并稍稍改動電路，降壓控制器便可在負(fù)輸

適用于這一電壓范圍的額定值。通過連接出降壓一升壓拓?fù)渲衅鸬诫p重作用。

特別感謝TIJohnBetten對本文所做的貢獻(xiàn)。下一篇的"電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談6”中,

我們將討論如何正確測量電源紋波。

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談6：精確測量電源紋波

精確地測量電源紋波本身就是一門制來規(guī)定紋波，以防止拾取并非真正存在

藝術(shù)。在圖1所示的示例中，一名初級的高頻噪聲。我們應(yīng)該為用于測量的示波

工程師完全錯誤地使用了一臺示波器。他器設(shè)定正確的帶寬限制。其次，通過取掉

的第一個錯誤是使用了一支帶長接地引探針“帽”，并構(gòu)成一個拾波器（如圖2

線的示波器探針；他的第二個錯誤是將探所示），我們可以消除由長接地引線形成的

針形成的環(huán)路和接地引線均谿于電源變天線。將一小段線纏繞在探針接地連接點(diǎn)

壓器和開關(guān)元件附近；他的最后一個錯誤周圍，并將該接地連接至電源。這樣做可

是允許示波器探針和輸出電容之間存在以縮短暴露于電源附近高電磁輻射的端

多余電感。該問題在紋波波形中表現(xiàn)為高頭長度，從而進(jìn)一步減少拾波。

頻拾取。在電源中，存在大量可以很輕松最后，在隔離電源中，會產(chǎn)生大量流

地與探針耦合的高速、大信號電壓和電流經(jīng)探針接地連接點(diǎn)的共模電流。這就在電

波形，其中包括耦合自電源變壓器的磁場,源接地連接點(diǎn)和示波器接地連接點(diǎn)之間

耦合自開關(guān)節(jié)點(diǎn)的電場，以及由變壓器互形成了壓降，從而表現(xiàn)為紋波。要防止這

繞電容產(chǎn)生的共模電流。一問題的出現(xiàn)，我們就需要特別注意電源

利用正確的測量方法可以大大地改設(shè)計的共模濾波。另外，將示波器引線纏

善測得紋波結(jié)果。首先，通常使用帶寬限繞在鐵氧體磁心周圍也有助于

圖1錯誤的紋波測量得到的較差的測量結(jié)果

最小化這種電流。這樣就形成了一個圖2顯示了該完全相同電路的紋波電壓,

共模電感器，其在不影響差分電壓測量的其使用了改進(jìn)的測量方法。這樣，高頻峰

同時，還減少了共模電流引起的測量誤差。值就被真正地消除了。

圖2四個輕微的改動便極大地改善了測量結(jié)果

實(shí)際上，集成到系統(tǒng)中以后，電源紋情況下，電流短時流經(jīng)15nH電感和10

波性能甚至?xí)谩Ｔ陔娫春拖到y(tǒng)其他組pF旁路電容的一英寸導(dǎo)體時，該濾波器

件之間幾乎總是會存在一些電感。這種電的截止頻率為400kHZo這種情況下，就

感可能存在于布線中，抑或只有蝕刻存在意味著高頻噪聲將會得到極大降低。許多

于PWB上。另外，在芯片周圍總是會存情況下，該濾波器的截止頻率會在電源紋

在額外的旁路電容，它們就是電源的負(fù)載。波頻率以下，從而有可能大大降低紋波。

這二者共同構(gòu)成一個低通濾波器，進(jìn)一步經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師應(yīng)該能夠找到在其測

降低了電源紋波和/或高頻噪聲。在極端試過程中如何運(yùn)用這種方法的途徑。

感謝TI的BrianKing在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方面提供的幫助。下一篇，高效驅(qū)動LED離

線式照明。

電源設(shè)計經(jīng)驗(yàn)談7：高效驅(qū)動LED離線式照明

用切實(shí)可行的螺紋旋入式LED來替在高壓，一般認(rèn)為隔離是非必需的，而

代白熾燈泡可能還需要數(shù)年的時間，而在PFC才是必需的，因?yàn)樵跉W洲25瓦以

建筑照明中LED的使用正在不斷增長，上的照明均要求具有PFC功能，而這款

其具有更高的可靠性和節(jié)能潛力。同大多產(chǎn)品正是針對歐洲市場推出的。

數(shù)電子產(chǎn)品一樣，其需要一款電源來將輸就這種應(yīng)用而言，有三種可選電源拓

入功率轉(zhuǎn)換為LED可用的形式。在路燈撲：降壓拓?fù)?、轉(zhuǎn)移模式反向拓?fù)浜娃D(zhuǎn)移

應(yīng)用中，一種可行的配貉是創(chuàng)建模式（TM）單端初級電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）

300V/0.35安培負(fù)載的80個串聯(lián)的拓?fù)?。?dāng)LED電壓大約為80伏特時，

LED?在選擇電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，需要制定降壓拓?fù)淇梢苑浅Ｓ行У乇挥糜跐M足諧

隔離和功率因數(shù)校正（PFC）相關(guān)要求。波電流要求。在這種情況下，更高的負(fù)載

隔離需要大量的安全權(quán)衡研究，其中包括電壓將無法再繼續(xù)使用降壓拓?fù)?。那么?/p>

提供電擊保護(hù)需求和復(fù)雜化電源設(shè)計之此時較為折中的方法就是使用反向拓?fù)?/p>

間的對比權(quán)衡。在這種應(yīng)用中，LED上存

和SEPIC拓?fù)?。SEPIC具有的優(yōu)點(diǎn)是，在該應(yīng)用中，可以獲得大約2%的效率提

其可鉗制功率半導(dǎo)體器件的開關(guān)波形，允高。另外，SEPIC中的振鈴更少，從而使

許使用較低的電壓，從而使器件更為高效。EMI濾波更容易。圖1顯示了這種電源

的原理圖。

圖1轉(zhuǎn)移模式SEPIC發(fā)揮了簡單LED驅(qū)動器的作用

該電路使用了一個升壓TMPFC控原型電路的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。與歐洲線路范圍相

制器來控制輸入電流波形。該電路以離線比，其效率非常之高，最高可達(dá)92%。這

為C6充電作為開始。一旦開始工作，控一高效率是通過限制功率器件上的振鈴

制器的電源就由一個SEPIC電感上的輔實(shí)現(xiàn)的。另外，正如我們從電流波形中看

助繞組來提供。一個相對較大的輸出電容到的一樣，在96%效率以上時功率因數(shù)

將LED紋波電流限定在DC電流的非常好。有趣的是，該波形并非純粹的正

20%o補(bǔ)充說明一下，TMSEPIC中的AC弦曲線，而是在上升沿和下降沿呈現(xiàn)出一

電通量和電流非常高，需要漆包絞線和低些斜度，這是電路沒有測量輸入電流而只

損耗內(nèi)層芯板來降低電感損耗。圖2和對開關(guān)電流進(jìn)行測量的緣故。但是，該波

圖3顯示了與圖1中原理圖相匹配的形還是足以通過歐洲諧波電流要求的。

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圖2TMSEPIC具有良好的效率和高PFC效率

。

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