高品质开关电源设计的三个要点

chunyang 2011-4-5 12:42 楼主

这里的“开关电源”指常规的各类低压集成式单片开关电源，在嵌入式系统及便携产品中有广泛的应用。

开关电源要降低纹波主要要在以下三个方面下功夫：
   1、储能电感的正确选择。储能电感在工作频率下的Q值原则上越大越好，很多人只注意到电感量，其实Q值的影响要大得多，电感量只要满足要求允许在一定范围内变动。Q值是频率的函数，储能电感的磁芯材料决定着电感的工作频率，其尺寸决定着饱和电流的大小，绕线的电阻则决定着电感的内阻，在可能的前提下，尽量采用磁芯更大、绕线更粗的储能电感。在EMC设计时还要注意电感磁芯形状的正确选择，以降低漏磁对周边电路的影响，在系统中亦应注意布局位置的合理选择，避免和电路内其它磁敏感元件发生互扰。
   2、滤波电容的正确选择。滤波电容的ESR（串联等效电阻）和ESL（串联等效电感）是非常重要的参数，该二项值原则上越低越好，仅追求容量是远远不够的，当然在满足足够低的ESR和ESL的前提下，容量大些较好。开关电源的滤波电容优选X7R或X5R电容与钽电解、铝电解的组合应用，纹波稍放宽可用Y5V电容和瘦高外观的铝电解（同样容量下，瘦高型电解电容比矮胖型电解电容具有更低的ESL）配合。
   3、合理的PCB设计。开关电源的PCB设计非常重要，在前两个条件都满足时如果纹波参数还是达不到手册中载明的数值，问题就可以肯定是出在PCB上，开关电源芯片的采样及滤波回路的设计非常讲究，PCB分布参数会导致电源调整误差或滤波效率变差，严重时甚至可能导致自激，故不得不查。原则是取样回路和滤波回路要尽量贴近开关电源IC，PCB走线不可太长、太细，类似的储能电感也有同样原则，只是影响稍小，布局、走线不利相当于降低了电感的Q值。
   最后要说的是，因开关电源IC的内电路设计不同纹波指标也是不同的，多数情况下，工作频率较高的型号容易获得较低的纹波，但价格及对外围元件的要求相对更高，所以要根据需要合理选择，够用即可，否则要付出不必要的成本，器件手册的仔细阅读及理解是第一步。