開關(guān)電源的拓?fù)浒ǎ?/P>

　　·降壓

　　·升壓

　　·SEPIC(單端初級電感轉(zhuǎn)換器)

　　·反激。

　　用Sipex、NS和ON Semicondnctor公司器件，實現(xiàn)這些拓?fù)涞碾娐肥居趫D1~圖5。

　
圖1　用SP6652構(gòu)成的集成升壓拓?fù)?/P>

　
圖2　同步降壓拓?fù)?/P>

　　開關(guān)電源拓?fù)涞倪x擇取決于應(yīng)用。當(dāng)輸出電壓低于輸入電壓時，用降壓拓?fù)洌划?dāng)輸出電壓高于輸入電壓時，用升壓拓?fù)洌划?dāng)輸入電池電壓根據(jù)輸出電壓(隨著電池放電)變化時，SEPIC是有用的；反激電源用于較高的電源輸出。

開關(guān)電源主要噪聲

　　開關(guān)電源是基于控制器驅(qū)動一個或兩個晶體管(同步或非同步)。這種配置導(dǎo)致開關(guān)頻率及其諧波中的噪聲。電源噪聲對相關(guān)數(shù)字電路的性能可能造成影響。

　
圖3　用SP6648穩(wěn)壓器構(gòu)成的集成升壓拓?fù)?/P>

　
圖4　用LM3478控制器構(gòu)成的SEPIC拓?fù)洌商峁└哂诨虻陀谳斎腚妷旱姆€(wěn)壓輸出

　　開關(guān)電源所產(chǎn)生的主要噪聲類型是輸入噪聲、輸出噪聲、輻射噪聲和顫噪聲。輸入噪聲中，電源的輸入電流噪聲與原電源電壓、不純潔的AC線路或電池電壓的源阻抗互相配合。輸出噪聲是電壓噪聲，此噪聲干擾噪聲敏感的負(fù)載(如音頻或視頻電路)。輻射噪聲可能是電磁或靜電，通常發(fā)生在磁元件(如變壓器，電感器，開關(guān)和整流器)中。顫噪聲是聽得見的噪聲，通常是由低頻開關(guān)波形激勵線圈組引起的，導(dǎo)致機械顫動互相撞擊。

　
圖5　用NCP1216構(gòu)成的隔離反激拓?fù)?/P>

　　一個簡單的輸入濾波器可以顯著地降低輸入噪聲。然而，輸入濾波器的電容器不能抑制輸入電源噪聲，這是由于與輸入電容器有關(guān)的大的等效串聯(lián)電阻和電感(ESR和ESL)反射到電池和AC適配器。然而，這種噪聲可損害連到電池上的其他負(fù)載。

　　假若噪聲使得電池連線或AC適配器纜線如同天線，而由此產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)可破壞穩(wěn)壓。這使得電容器的選擇成為一個關(guān)鍵因素。

　　升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電容器受突變電流(等于整個峰值電感器電流)支配。這些高幅度快速電流瞬變與輸出電壓器的ESL和ESR相互配合時，可能會產(chǎn)生某種輸出噪聲。除ESR引起的大電壓之外，ESL在開關(guān)波形的前沿和后沿，導(dǎo)致微量的高頻尖峰信號。這些高頻尖峰信號(稱之為噪聲干擾尖峰信號)可達(dá)到幾百毫伏，用電源線上的簡單RC濾波器(如串聯(lián)0.1Ω電阻器和連接地的陶瓷電容器構(gòu)成的RC濾波器)可以抑制它們。連接到電源和負(fù)載的線寄生電感可消除噪聲干擾尖峰信號。折衷考慮是電容器應(yīng)具有低ESL和ESR。陶瓷電容器是好的選擇。

　　通常提高頻率(超出20Hz~20KHz音頻范圍)和給繞組涂漆來解決顫噪聲問題。

控制結(jié)構(gòu)

　　固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)控制結(jié)構(gòu)能提供穩(wěn)定和可預(yù)知的噪聲性能。設(shè)計人員可以選擇開關(guān)頻率及其諧波，使音頻段或所選擇的RF頻段保持無開關(guān)噪聲。

　　可變頻率脈頻調(diào)制(PFM)開關(guān)電源也很流行，因為在“休眠”和“待機”工作模式時，這種電源能延長電池壽命。在低側(cè)，這種電源與PWM電源相比在幅度和頻率方面都有干擾。在輕載時，在非常低頻下，開關(guān)可使PFM系統(tǒng)開關(guān)損耗，這改善了電池壽命。但是，在音頻段是以噪聲為代價，這需要濾波。

　　然而，仔細(xì)地選擇元件可以在負(fù)載條件下驅(qū)使PFM轉(zhuǎn)換器工作在音頻段以上。例如，調(diào)節(jié)定時電容靠降低PFM穩(wěn)壓器的導(dǎo)通時間可以提高開關(guān)頻率。

集成可簡化設(shè)計

　　很多半導(dǎo)體制造商把多個元件集成在單個器件中，用來降低成本和簡化電源設(shè)計。其中一個實例是美國國家半導(dǎo)體(NS)的LM5008，它把控制器和幾個MOSFET組合在一個芯片中，其輸入電壓高達(dá)100V。

　　另一種節(jié)省成本的方法是減小穩(wěn)壓器的尺寸，增加其功率。例如，NS把穩(wěn)壓器封裝在LLP封裝中，以及Vishay公司的PowerPAK　MOSFET器件。

　　Sipex公司的SP756X降壓穩(wěn)壓器與Vishay公司的IHLP2525電感器結(jié)合，對于負(fù)載點電池供電的應(yīng)用是一個良好的選擇。ON　Semicondnctor公司的NCP1450升壓控制器，適用于功率效率和PCB尺寸嚴(yán)格受限的小電池供電的應(yīng)用。NS的LM5115降壓控制器結(jié)合IR公司的高電壓MOSFET，用于相當(dāng)高輸入電壓的工業(yè)應(yīng)用(高達(dá)75V)。

設(shè)計工具

　　電源制造商除提供電源器件外，還提供參考設(shè)計、評估板和在線設(shè)計工具，使電源設(shè)計變得容易。

　　WEBENCH是NS公司為電源設(shè)計提供的在線設(shè)計工具。設(shè)計人員確定輸入電壓范圍、所希望的輸出電壓和電流，WEBENCH在線進(jìn)行設(shè)計，很快就會給出恰當(dāng)?shù)耐負(fù)浜彤a(chǎn)品來實現(xiàn)所要求的功能。Sipex公司也提供在線設(shè)計工具，一種在線設(shè)計工具專門用于PowerBlox大電流開關(guān)穩(wěn)壓器家族，用于負(fù)載點電源設(shè)計；另一個設(shè)計工具用于驅(qū)動LED設(shè)計。