經驗總結:開關電源電路的元器件和參數選擇
發布時間:2018-10-29 責任編輯:xueqi
【導讀】很多工程師對於開關電源的幹擾問題,PCB layout問題,元器件的參數和類型選擇問題等感到頭大。以下將為大家一一解決這些問題。隻要了解了,使用開關電源設計還是非常方便的。
一個開關電源一般包含有開關電源控製器和輸出兩部分,有些控製器會將MOSFET集成到芯片中去,這樣使用就更簡單了,也簡化了PCB設計,但是設計的靈活性就減少了一些。
開kai關guan控kong製zhi器qi基ji本ben上shang就jiu是shi一yi個ge閉bi環huan的de反fan饋kui控kong製zhi係xi統tong,所suo以yi一yi般ban都dou會hui有you一yi個ge反fan饋kui輸shu出chu電dian壓ya的de采cai樣yang電dian路lu以yi及ji反fan饋kui環huan的de控kong製zhi電dian路lu。因yin此ci這zhe部bu分fen的de設she計ji在zai於yu保bao證zheng精jing確que的de采cai樣yang電dian路lu,還hai有you來lai控kong製zhi反fan饋kui深shen度du,因yin為wei如ru果guo反fan饋kui環huan響xiang應ying過guo慢man的de話hua,對dui瞬shun態tai響xiang應ying能neng力li是shi會hui有you很hen大da影ying響xiang。
輸出部分設計包含了輸出電容,輸出電感以及MOSFET等等,這些器件的選擇基本上就是要滿足性能和成本的平衡,比如高的開關頻率就可以使用小的電感值(意味著小的封裝和便宜的成本),但是高的開關頻率會增加幹擾和對MOSFET的開關損耗,從而效率降低。低的開關頻率帶來的結果則是相反的。
對於輸出電容的ESR和MOSFET的Rds_on參數選擇也是非常關鍵的,小的ESR可以減小輸出紋波,但是電容成本會增加,好的電容會貴嘛。開關電源控製器驅動能力也要注意,過多的MOSFET是不能被良好驅動的。
一般來說,開關電源控製器的供應商會提供具體的計算公式和使用方案供工程師借鑒的。
1 如何調試開關電源電路?
有一些經驗可以共享給大家:(1)電源電路的輸出通過低阻值大功率電阻接到板內,這樣在不焊電阻的情況下可以先做到電源電路的先調試,避開後麵電路的影響。(2)yibanlaishuokaiguankongzhiqishibihuanxitong,ruguoshuchuehuadeqingkuangchaoguolebihuankeyikongzhidefanwei,kaiguandianyuanjiuhuigongzuobuzhengchang,suoyizhezhongqingkuangjiuxuyaorenzhenjianzhafankuihecaiyangdianlu。tebieshiruguocaiyongledaESR值的輸出電容,會產生很多的電源紋波,這也會影響開關電源的工作的。
2 什麼要接地?
jiedijishudeyinruzuichushiweilefangzhidianlihuodianzidengshebeizaoleijiercaiqudebaohuxingcuoshi,mudeshibaleidianchanshengdeleijidianliutongguobileizhenyinrudaodadi,congerqidaobaohujianzhuwudezuoyong。tongshi,jiediyeshibaohurenshenanquandeyizhongyouxiaoshouduan,dangmouzhongyuanyinyinqidexiangxian(如電線絕緣不良,線路老化等)和設備外殼碰觸時,設備的外殼就會有危險電壓產生,由此生成的故障電流就會流經PExiandaodadi,congerqidaobaohuzuoyong。suizhedianzitongxinheqitashuzilingyudefazhan,zaijiedixitongzhongzhikaolvfangleiheanquanyiyuanyuanbunengmanzuyaoqiule。biruzaitongxinxitongzhong,daliangshebeizhijianxinhaodehulianyaoqiugeshebeidouyaoyouyigejizhun‘地’zuoweixinhaodecankaodi。erqiesuizhedianzishebeidefuzahua,xinhaopinlvyuelaiyuegao,yinci,zaijiedishejizhong,xinhaozhijiandehuraodengdiancijianrongwentibixugeiyutebieguanzhu,fouze,jiedibudangjiuhuiyanzhongyingxiangxitongyunxingdekekaoxinghewendingxing。zuijin,gaosuxinhaodexinhaohuiliujishuzhongyeyinrule“地”的概念。
3 接地的定義
在現代接地概念中、對於線路工程師來說,該術語的含義通常是“線路電壓的參考點”;對於係統設計師來說,它常常是機櫃或機架;對電氣工程師來說,它是綠色安全地線或接到大地的意思。一個比較通用的定義是“接地是電流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是“低阻抗”和“通路”。
常見的接地符號
PE、PGND、FG-保護地或機殼;BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)電源(電池)回流;GND-工作地;DGND-數字地;AGND-模擬地;LGND-防雷保護地。
合適的接地方式
接(jie)地(di)有(you)多(duo)種(zhong)方(fang)式(shi),有(you)單(dan)點(dian)接(jie)地(di),多(duo)點(dian)接(jie)地(di)以(yi)及(ji)混(hun)合(he)類(lei)型(xing)的(de)接(jie)地(di)。而(er)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)又(you)分(fen)為(wei)串(chuan)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)和(he)並(bing)聯(lian)單(dan)點(dian)接(jie)地(di)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo),單(dan)點(dian)接(jie)地(di)用(yong)於(yu)簡(jian)單(dan)電(dian)路(lu),不(bu)同(tong)功(gong)能(neng)模(mo)塊(kuai)之(zhi)間(jian)接(jie)地(di)區(qu)分(fen),以(yi)及(ji)低(di)頻(pin)(f10MHz)電路時就要采用多點接地了或者多層板(完整的地平麵層)。
4 信號回流和跨分割的介紹
對於一個電子信號來說,它需要尋找一條最低阻抗的電流回流到地的途徑,所以如何處理這個信號回流就變得非常的關鍵。
第di一yi,根gen據ju公gong式shi可ke以yi知zhi道dao,輻fu射she強qiang度du是shi和he回hui路lu麵mian積ji成cheng正zheng比bi的de,就jiu是shi說shuo回hui流liu需xu要yao走zou的de路lu徑jing越yue長chang,形xing成cheng的de環huan越yue大da,它ta對dui外wai輻fu射she的de幹gan擾rao也ye越yue大da,所suo以yi,PCB布板的時候要盡可能減小電源回路和信號回路麵積。
第二,對於一個高速信號來說,提供有好的信號回流可以保證它的信號質量,這是因為PCB上傳輸線的特性阻抗一般是以地層(或電源層)為wei參can考kao來lai計ji算suan的de,如ru果guo高gao速su線xian附fu近jin有you連lian續xu的de地di平ping麵mian,這zhe樣yang這zhe條tiao線xian的de阻zu抗kang就jiu能neng保bao持chi連lian續xu,如ru果guo有you段duan線xian附fu近jin沒mei有you了le地di參can考kao,這zhe樣yang阻zu抗kang就jiu會hui發fa生sheng變bian化hua,不bu連lian續xu的de阻zu抗kang從cong而er會hui影ying響xiang到dao信xin號hao的de完wan整zheng性xing。所suo以yi,布bu線xian的de時shi候hou要yao把ba高gao速su線xian分fen配pei到dao靠kao近jin地di平ping麵mian的de層ceng,或huo者zhe高gao速su線xian旁pang邊bian並bing行xing走zou一yi兩liang條tiao地di線xian,起qi到dao屏ping蔽bi和he就jiu近jin提ti供gong回hui流liu的de功gong能neng。
第(di)三(san),為(wei)什(shen)麼(me)說(shuo)布(bu)線(xian)的(de)時(shi)候(hou)盡(jin)量(liang)不(bu)要(yao)跨(kua)電(dian)源(yuan)分(fen)割(ge),這(zhe)也(ye)是(shi)因(yin)為(wei)信(xin)號(hao)跨(kua)越(yue)了(le)不(bu)同(tong)電(dian)源(yuan)層(ceng)後(hou),它(ta)的(de)回(hui)流(liu)途(tu)徑(jing)就(jiu)會(hui)很(hen)長(chang)了(le),容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)幹(gan)擾(rao)。當(dang)然(ran),不(bu)是(shi)嚴(yan)格(ge)要(yao)求(qiu)不(bu)能(neng)跨(kua)越(yue)電(dian)源(yuan)分(fen)割(ge),對(dui)於(yu)低(di)速(su)的(de)信(xin)號(hao)是(shi)可(ke)以(yi)的(de),因(yin)為(wei)產(chan)生(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao)相(xiang)比(bi)信(xin)號(hao)可(ke)以(yi)不(bu)予(yu)關(guan)心(xin)。對(dui)於(yu)高(gao)速(su)信(xin)號(hao)就(jiu)要(yao)認(ren)真(zhen)檢(jian)查(zha),盡(jin)量(liang)不(bu)要(yao)跨(kua)越(yue),可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)調(tiao)整(zheng)電(dian)源(yuan)部(bu)分(fen)的(de)走(zou)線(xian)。(這是針對多層板多個電源供應情況說的)
5 為什麼要將模擬地和數字地分開,如何分開?
模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)和(he)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)都(dou)要(yao)回(hui)流(liu)到(dao)地(di),因(yin)為(wei)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)變(bian)化(hua)速(su)度(du)快(kuai),從(cong)而(er)在(zai)數(shu)字(zi)地(di)上(shang)引(yin)起(qi)的(de)噪(zao)聲(sheng)就(jiu)會(hui)很(hen)大(da),而(er)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)是(shi)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)幹(gan)淨(jing)的(de)地(di)參(can)考(kao)工(gong)作(zuo)的(de)。如(ru)果(guo)模(mo)擬(ni)地(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)混(hun)在(zai)一(yi)起(qi),噪(zao)聲(sheng)就(jiu)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)。
一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo),模(mo)擬(ni)地(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)要(yao)分(fen)開(kai)處(chu)理(li),然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)細(xi)的(de)走(zou)線(xian)連(lian)在(zai)一(yi)起(qi),或(huo)者(zhe)單(dan)點(dian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)。總(zong)的(de)思(si)想(xiang)是(shi)盡(jin)量(liang)阻(zu)隔(ge)數(shu)字(zi)地(di)上(shang)的(de)噪(zao)聲(sheng)竄(cuan)到(dao)模(mo)擬(ni)地(di)上(shang)。當(dang)然(ran)這(zhe)也(ye)不(bu)是(shi)非(fei)常(chang)嚴(yan)格(ge)的(de)要(yao)求(qiu)模(mo)擬(ni)地(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)必(bi)須(xu)分(fen)開(kai),如(ru)果(guo)模(mo)擬(ni)部(bu)分(fen)附(fu)近(jin)的(de)數(shu)字(zi)地(di)還(hai)是(shi)很(hen)幹(gan)淨(jing)的(de)話(hua)可(ke)以(yi)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)。
6 單板上的信號如何接地?
對(dui)於(yu)一(yi)般(ban)器(qi)件(jian)來(lai)說(shuo),就(jiu)近(jin)接(jie)地(di)是(shi)最(zui)好(hao)的(de),采(cai)用(yong)了(le)擁(yong)有(you)完(wan)整(zheng)地(di)平(ping)麵(mian)的(de)多(duo)層(ceng)板(ban)設(she)計(ji)後(hou),對(dui)於(yu)一(yi)般(ban)信(xin)號(hao)的(de)接(jie)地(di)就(jiu)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)了(le),基(ji)本(ben)原(yuan)則(ze)是(shi)保(bao)證(zheng)走(zou)線(xian)的(de)連(lian)續(xu)性(xing),減(jian)少(shao)過(guo)孔(kong)數(shu)量(liang);靠近地平麵或者電源平麵,等等。
7 單板的接口器件如何接地?
有些單板會有對外的輸入輸出接口,比如串口連接器,網口RJ45連(lian)接(jie)器(qi)等(deng)等(deng),如(ru)果(guo)對(dui)它(ta)們(men)的(de)接(jie)地(di)設(she)計(ji)得(de)不(bu)好(hao)也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo),例(li)如(ru)網(wang)口(kou)互(hu)連(lian)有(you)誤(wu)碼(ma),丟(diu)包(bao)等(deng),並(bing)且(qie)會(hui)成(cheng)為(wei)對(dui)外(wai)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)源(yuan),把(ba)板(ban)內(nei)的(de)噪(zao)聲(sheng)向(xiang)外(wai)發(fa)送(song)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)會(hui)單(dan)獨(du)分(fen)割(ge)出(chu)一(yi)塊(kuai)獨(du)立(li)的(de)接(jie)口(kou)地(di),與(yu)信(xin)號(hao)地(di)的(de)連(lian)接(jie)采(cai)用(yong)細(xi)的(de)走(zou)線(xian)連(lian)接(jie),可(ke)以(yi)串(chuan)上(shang)0歐姆或者小阻值的電阻。細的走線可以用來阻隔信號地上噪音過到接口地上來。同樣的,對接口地和接口電源的濾波也要認真考慮。
8 帶屏蔽層的電纜線,屏蔽層如何接地?
pingbidianlandepingbicengdouyaojiedaodanbandejiekoudishangerbushixinhaodishang,zheshiyinweixinhaodishangyougezhongdezaosheng,ruguopingbicengjiedaolexinhaodishang,zaoshengdianyahuiqudonggongmodianliuyanpingbicengxiangwaiganrao,suoyishejibuhaodedianlanxianyibandoushidianciganraodezuidazaoshengshuchuyuan。dangranqiantishijiekoudiyeyaofeichangdeganjing。
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