目前開關(guān)電源的設(shè)計有兩種途徑：從層開始設(shè)計和從數(shù)據(jù)手冊上拷貝電 路的方法。目前市場上有很多很好的控制集成芯片，而且這些芯片的數(shù)據(jù)手冊上 都有事先準備好的設(shè)計步驟。本書的目的是讓讀者對開關(guān)電源設(shè)計有更進一步深 入、扎實的理解。下面的設(shè)計例子包含了開關(guān)電源所需的控制ic的使用方法。 這些設(shè)計例子所包含的開關(guān)電源基本原理勝過了一些控制ic資料提供的電源設(shè) 計簡易方法。這些基本原理在磁性元件、反饋補償器、輸入輸出濾波器的設(shè)計方面也很有效。
　　下面的例子雖然乏味，但對理解PWM開關(guān)電源的設(shè)計過程有很大的指導作用。
　　3.15.1板載的10W降壓Buck變換器 應用場合
　　在一些線性電源產(chǎn)生的熱量對電路來說無法忍受的場合，開關(guān)電源就可以作 為板載電源使用。前置粗調(diào)節(jié)器的輸出在+ 10～+18V之間變化，板載電源的輸 出電壓為+ 3.3V。

　　在這個設(shè)計例子中，特意不用高度集成的Buck控制1C，這是為了更好地演 示開關(guān)電源器件的選擇和設(shè)計過程，見圖3-64。

　　圖3-64例3.15.1的幅頻和相頻博德圖 a) Buck變換器幅頻特性b) Buck變換器相頻特性技術(shù)指標
　　輸入電壓范圍：DC+10-+14V 輸出電壓：DC + 5V輸出電流：2A
　　輸山電壓紋波峰峰值：+30mV 輸出精度：±1%
　　“黑箱”預先估計
　　輸山功率：+5.0Vx2A=10.0W (.max)
　　輸入功率：匕.,/)^ = 10.0W/0.80= 12.5W 功率開關(guān)損耗：〔12.5W-10W) x 0.4=1.0W 續(xù)流.：極管損耗：（12.5W-10W) x0.6=1.5W 輸入平均電流低電 E 輸入時：12.5W/10V=1.25A 卨電 1+:輸入時：12.5W/14V = 0.9A估計峰值電流：1.4/utlratn1, = 1.4 x 2.0A = 2.8A 要求的下作頻率：100kHz 電感設(shè)計（參考3.5.5節(jié)）M差工作條件是發(fā)生在卨輸入電樂的情況。
　　j _- Kmt)(丄-Km Z I—> )
　　_1 A J . f
　　〇ul (min) J svv
　　_ (14V - 5 V) (1 - 5V/14V)
　　二 ^1.4x0.5Ax 100kHz
　　式中丨、輸入電壓值；
　　Vou[—輸出電壓；
　　人— 負載電流；
　　九?下作頻宇-。
　　電感采w在j型引線塑料安裝板卜.安裝的表面安裝環(huán)形電感。從很多r商那 m都吋以得到標準表面安裝的電感，在這見選用Coilcmft公司的器件，型號為 D03340P-104。
　　選擇功率開關(guān)和續(xù)流二極管
　　功率開關(guān)：功率丌關(guān)選用P溝道的功率MOSFET。輸入電壓是DC18V， H而Fl)ss額定值耍大干30V。峰值電流為2.8A，N時為了使損耗小flW，所以 口J'以估算i?DS).、V:小于:
　　^ I)S (on - max) ~ ^ l) (est) ^ ^pk (est>
　　二 1W/ (2.8A)2<0.127n (M大）
　　這里選用的是常用的S08封裝、導通電阻為0.045n的FDS9435型P溝道 MOSFETo續(xù)流二極管：為了減小導通損耗和開關(guān)損耗，續(xù)流二極管要選用肖特某二極 管，這種二極管在3A峰值電流時，它的5通電壓是可以接受的。MBRD330在流 過3A電流時的壓降為0.45V (+ 25°C)。
　　輸出電容（參考3.6節(jié)）
　　輸出電容值由下式?jīng)Q定：
　　P _ 人xit (max> Cl ?DC (lx6lx))
　　【y out (min) _/?y
　　J sw f ripple (p - p)
　　= 2Ax a-5V/14V)
　　_ 100kHz x 30mV!
　　對輸出和輸入濾波電容主耍關(guān)心的是流過這些電容的紋波電流。在這種情況 卜，紋波電流5電感上電流的交流分是相NJ的。電感電流的值是2.8A， 紋波電流的峰峰值約為1.8A，紋波電流的有效值約為0.6A (人約為峰峰值的1/ 3)。
　　這里選用的是表lii安裝的鉭電容，這種電容的ESR只有電解電容的50%。 在周圍環(huán)境溫度為+ 85°C時，建議將電容的容量降額30%。
　　奵是選用AVX公司斗:產(chǎn)的電容，AVX公司的電容的ESR很小，這樣就允 許流過比較人的紋波電流。這些電容比較特殊，并不常W。下面的任何一種電容 都吋以滿足輸出要求。
　　AVX公司：
　　TPSE477M010R0050 470^F (20%)，10V，50mn，1.625A (有效值）TPSE477M010R0100 470"_F (20%)，10V，lOOma 1.149A (有效值）Nichicon：
　　F751A477MD470fJ (20%), 10V, 120mn，0.92A (侖效值）同時滿足這種容量、額定電壓和ESR小的表ifU安裝電容很少。比較可行的 辦法足把容量不小于設(shè)計值一半的兩個電容并聯(lián)起來，這樣可選擇的電容較多， ESR也比較小。在這種情況K,可以選用兩個330;iF、10V的鉭電容并聯(lián)。卜'而 列!丨丨的就足可選HJ的電容：
　　KEMET公司：
　　T510X337M010AS 330ftF (20%.)，10V，35mf}，2.0A (有效值）Nichicon 公司：
　　F751A337MD330，（20%)，10V，150mn, 0.8A (有效值.）輸入濾波電容
　　輸入濾波電容的電流與功率開關(guān)的電流波形…樣，這A電流波形是梯形的， 它從1A的初始值以很陡的斜率上升到2.8A。輸入濾波電容的工作條件比輸出濾 波電容要惡劣得多。佔計梯形電流的有效值時，可以把電流波形看成是由一個峰 值為1A的矩形波和峰值為1.8A的三角波疊加組成。這樣估計得到的電流有效 值人約足1.1A,電容值可以從下式算出：
　　CPm -12-5W
　　m~~100kHzxl.0V2
　　=125,_tF
　　電容的額定電壓越高，它的容m就越小，這樣可以用兩個68,uF的電容并聯(lián)。 可選W的電容如下：
　　AVX:(.每個電源需要2個）
　　TPS686M016R0150 68,uF (20%)，16V，150mn，0.894A〔有效值_)AVX:(每個電源需要3個）
　　TAJ476M016 47/1 (20%)，16V，900m^，0.270 (等效值）Nichicon:海個電源需要3個）
　　F721C476MR 47/xF (20%)，16V，750ma 0.19D (等效值）選擇控制器1C
　　Buck控制器1C所要考慮的性能如下：
　　1.吋以且接從輸入電佧供電工作。
　　2.逐周過電流限制。
　　3.圖騰柱M0SFET驅(qū)動能力。
　　市場上有許多Buck控制芯片，在這里選用的是UC3873。這款芯片的內(nèi)部電 壓誤差放人器的參考電壓為1.5 (1±2%) V。
　　設(shè)置工作頻率（C1,)
　　參考數(shù)據(jù)手冊，丌關(guān)頻率是按卜面公式設(shè)置：
　　C, = l/ (l5kOx/su) =1/ (I5kn X 100kHz)
　　二666jpF (取接近的值為680pF)
　　電流檢測電阻（圮）
　　這種1C的保護方式是逐周電流檢測，當電流信號超過0.47V的閾值時，就 立刻關(guān)斷功率開關(guān)。
　　在設(shè)計時，在的電流峰值勹保護的電流闕值之間留了 25%的裕度（保 護值為 1.25x2.8A = 3.5A)。
　　R} =0.47V/3.5A = 0.1340
　　接近的電阻值為o.m。
　　電壓檢測電阻分壓網(wǎng)絡(luò)（/?3和及4)
　　/?4 (下端的電阻）
　　/?4 = l-5V/lniA= 1.49kO (1%)
　　這樣檢測的電流為1.006mA。
　　及3 (上端電阻）
　　R3 = (5.0V-1.5V) /1.006inA = 3.48kn (1%)
　　電壓反饋環(huán)補償（參考附錄B)
　　這個例了是電壓型正激式變換器，為了得到的暫態(tài)響應，選W 2個極 點，2個零點的補償器。
　　確定控制到輸出特性
　　輸丨h(huán)濾波器的極點是由濾波電感和電容決定的，超過轉(zhuǎn)折頻率后，以 -40dB/rkc下降。濾波器的轉(zhuǎn)折頻率為/lp wCT
　　二,二 6.19Hz
　　2丌 7100/iH x 660/xF
　　由輸丨I;濾波電容的ESR引起的零點為（兩個ESR為120mn的電容并聯(lián)）：
　　{i14090H7
　　。_ 2t: x 60mn x 660/iF
　　電路的直流增益為
　　兒 M—V A U V/3 ? 0V = 4.66 G兒=201g C4l)c) = 13.4dB 設(shè)置補償器極點和零點的位置閉環(huán)幅頻特性的穿越頻率不能高干20%的開關(guān)頻率（20kHz)。筆者在設(shè)計 吋發(fā)現(xiàn)，穿越頻率在10～15kHz之間，電路性能可以滿足多數(shù)應WJ要求。暫態(tài)響 應時間為200ps。
　　九二 15kHz
　　宵先假設(shè)補償B的系統(tǒng)回路增益是以-20dBA]^的斜率K降。為了得到 15kHz的穿越頻率，放大器要增大輸入信號的增益，使博德圖（曾稱為伯德圖） 上的曲線上移。
　　GX(1=201g (/xo//Ifl) -GDC=201g (l5kHz/619Hz) -13.4dB =G2 = + 14.3dB==(）
　　這就是為了得到所要的穿越頻率而需要的屮頻帶的增益（(；2)。
　　在個補償零點處的增益為
　　G +201g (/ez2":pl) = + 14.3dB + 201g (310Hz/4020Hz)二-8dB
　　山二-0.4 (）
　　為了補償濾波器兩個極點，在濾波極點的一肀處設(shè)置兩個零點： f,A =/,.2 =310Hz個補償極點設(shè)置在電容的ESR頻率（4020Hz)。
　　/ePi = 4020Hz
　　第：個補償極點通過對高丫?穿越頻率的增益哀減來維持高頻的穩(wěn)定性。
　　/ftp2 二 1.5/xo = 22.5kHz 這樣就可以計算誤差放大器的補償參數(shù)：
　　r11
　　7 ~2izfX0A2R3 _ 27tx 15kHz x 5.2x3.48kO
　　= 586pF (収 560PF)
　　R2 ==0.4x3.48kH= 1.39ka (?X 1.5kn)
　　r11
　　6 ~ 27r/ezl R2 ~ 2ti x 310Hz x 1.5kH
　　= 2.9/xF (M2.2!i)
　　R5 = R2/A2 = 1.5ka/0.4 = 3.75ka (?X 3.9kn)~ 2tt/ez2 R5 ~ 2tt x 22.5kHz x 3.9kH =1814pF (取 1800pF)見圖3-65。
　　圖3-6510W Buck (降壓）電路