如何簡化開關電源設計

過去15年來，開關電源的設計逐漸成為主流?，F在，開關電源的設計已不再是專家的任務，任何參與系統(tǒng)設計的人員都能夠最終設計出自己的開關電源。

幸運的是，各種專業(yè)水平的人都可以利用美國國家半導體的WEBENCH?在線工具來設計開關穩(wěn)壓器。由于專業(yè)人員通常希望針對某些專用元件或目標性能來修改自己的設計，這些工具還允許進行定制設計。這意味著可能會把一個原來工作完美的設計“優(yōu)化”至不穩(wěn)定的狀態(tài)。在線工具可以用來發(fā)現并糾正問題，完美地配合工程師思路的發(fā)展。

邁出第一步

在線電源設計的第一步是定義電源需求，包括電壓范圍、輸出電壓和負載電流。可能的解決方案會得到自動評估，并將一、兩個推薦方案呈現給用戶。這也是設計者可能遇到麻煩的第一個地方：如果需求的表達不正確（例如，如果實際的輸入電壓范圍高于或低于輸入值），則不適合的解決方案也會顯示。用戶可以嘗試多組需求，但必須對系統(tǒng)需求有清晰的概念。

當選定了穩(wěn)壓器解決方案后，就可以確定該電路的元器件。該工具會會顯示元器件的號碼。用戶可以更改為一個預設的替代品，或輸入一個定制元件。對于元器件值和所有關鍵的寄生參數值都有指導。如果采用了與推薦值差異較大的定制元件，恐怕性能就會下降不少。

性能評估

一旦選定了電路元器件，就到了評估性能的時候了。一般來說，性能評估要看頻率響應值（交叉頻率和相位裕度）、峰值電流和電壓，以及熱性能值（效率、結溫和元件溫度）。盡管這些計算建基于模型，仿真結果與工作臺數據還是匹配得很好的。

電氣仿真與熱仿真

電氣仿真支持某些解決方案。這些仿真器會顯示出邏輯圖，用戶可以進一步更改元器件，并在穩(wěn)壓電路上運行測試?，F有的測試包括波德圖、穩(wěn)態(tài)、線路瞬態(tài)、負載瞬態(tài)和起動。（注意，波德圖只能用于那些采用固定頻率穩(wěn)壓器IC的電路。）為使在線測試更有用，用戶應仔細檢查所有測試條件。輸入電壓和負載電流對每次測試都可能會變化，而默認值可能與用戶的系統(tǒng)不相匹配。用戶必須先估計出應得的結果，如果仿真結果與之不同，去找出原因。

熱仿真可以用于許多方案。在線工具會用一個參考設計布局，評估在PCB板上實現的穩(wěn)壓電路。元器件和電路板溫度的結果以全彩圖象及表格顯示。由于熱仿真運行得較快（幾分鐘內就可以給出結果），精度自然比不上一個耗費數小時的詳盡CFD（計算流體動力）仿真結果。但是，溫度估計一般在實際值的20°C內。這對于確定電路板或元器件的熱點，防止出現過熱情況已經足夠使用了。

測試原型

開關穩(wěn)壓器設計投產前的最后步驟是建立一個原型，用于工作臺的測試。某些解決方案含有客戶化設計的支持，其它方案則有參考設計板。在線工具有強大功能，或許你會由此產生跳過此步驟的想法–千萬不要這樣！大多數設計的運行良好，但有些則需要精心布局才能得到最佳性能。實際的元器件可能并不精確匹配仿真結果，特別是考慮它們的寄生效應后，實際性能（包括電路板布局效果）會與仿真結果略有差別。我們重申，關鍵是要確定期望值，并分析所有不同之處。設計者應使用各種實驗室工具，包括高速示波器、DVM、電流表，再加上自己的思考，就能得到最佳的成功機會。