管理学大师史蒂芬·柯维在《高效能人士的7个习惯》这本书中给出的第二个习惯是“以终为始(BEGIN WITH THE END IN MIND)”,“所有事物都经过两次的创造——先是在脑海里酝酿,其次才是实质的创造”。借用此理,应该说所有的产品设计,当然也包括电源电路设计,都需要从“设计需求”这个“终”开始。
如下图所示,降压型开关电源的设计流程或整体思路如下:
(1) 确定设计需求。
比如输入电压的范围,输出电压值,输出的纹波电压大小,能够提供的负载电流能力等。
(2) 配置输出电压。
(3) 配置开关频率。
确定开关转换器工作的开关频率,计算配置电阻大小。对于固定开关频率的开关转换器,则无需配置。
(4) 选择合适的电流纹波系数,计算各功率元件的电压和电流应力。
在此确定电流纹波系数,是因为该参数会影响到输出纹波电流的大小,进而影响功率电感参数的选择,进而影响输出纹波电压的大小,进而影响输出电容参数的选择。
计算完成后,作为依据,进行开关管、功率电感和续流二极管等元件选型。
(5) 根据设计需求,配置功率电感。
(6) 根据设计需求,配置输入和输出电容。
根据设计需求中输入纹波电压的要求,通过计算得到输入端所需的最小容值(如果设计中没有输入纹波电压的要求,则可以不关心输入端所需的最小容值)。
根据设计需求中的“负载动态响应”、“输出电压过冲”和“输出端纹波电压”三个要求,计算所需输出电容的最小值。
根据纹波电压和纹波电流计算输出电容上所允许的等效串联电阻(ESR)的最大值。
另外,还可计算输出电容上的均方根电流,也是进行电容选型的依据之一。
(7) 电路辅助功能设计。
比如软启动时间配置、欠压保护功能配置,以及时序设计等。
(8) 计算误差放大器的频率补偿网络。
(9) 原理图设计,PCB Layout,完成电路设计。
参考如下TPS54561DPRT规格书中的设计实例,与我们上述的设计流程是相似的。
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