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詳敘工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法（三）

來源：發(fā)布時(shí)間：2019-05-18 點(diǎn)擊量：1021

詳敘工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源設(shè)計(jì)方法（三）

還是接著上面的來說另兩個(gè)方法，工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的升壓電源設(shè)計(jì)中降壓控制器的使用和精確測(cè)量電源紋波。
一、工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的升壓電源設(shè)計(jì)中降壓控制器的使用：電子電路通常都工作在正穩(wěn)壓輸出電壓下，而這些電壓一般都是由降壓穩(wěn)壓器來提供的。如果同時(shí)還需要負(fù)輸出電壓，那么在降壓—升壓拓?fù)渲芯涂梢耘渲孟嗤慕祲?控制器。負(fù)輸出電壓降壓—升壓有時(shí)稱之為負(fù)反向，其工作占空比為50%，可提供相當(dāng)于輸入電壓但極性相反的輸出電壓。其可以隨著輸入電壓的波動(dòng)調(diào)節(jié)占空比，以“降壓”或“升壓”輸出電壓來維持穩(wěn)壓。

降壓—升壓電感要求平衡其伏特-微秒乘積

 工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源的降壓—升壓電感必須工作在比輸出負(fù)載電流更高的電流下。其被定義為IL=I/(1-D)，或只是輸入電流與輸出電流相加。對(duì)于和輸入電壓大小相等的負(fù)輸出電壓（D =0.5）而言，平均電感電流為輸出的2倍。

有趣的是，連接輸入電容返回端的方法有兩種，其會(huì)影響輸出電容的rms電流。典型的工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源的電容布局是在+Vin和Gnd之間，與之相反，輸入電容可以連接在+Vin和 "V 之間。利用這種輸入電容配置可降低輸出電容的rms電流。然而，由于輸入電容連接至 "Vout，因此 "Vout上便形成了一個(gè)電容性分壓器。這就在控制器開始起作用以前，在開啟時(shí)間的輸出上形成一個(gè)正峰值。為了最小化這種影響，最佳的方法通常是使用一個(gè) 比輸出電容要小得多的輸入電容，請(qǐng)參見圖5.2所示的電路。輸入電容的電流在提供dc輸出電流和吸收平均輸入電流之間相互交替。rms 電流電平在最高輸入電流的低輸入電壓時(shí)最差。因此，選擇電容器時(shí)要多加注意，不要讓其ESR過高。陶瓷或聚合物電容器通常是這種拓?fù)漭^為合適的選擇。

降壓控制器在降壓—升壓中的雙重作用

必須要選擇一個(gè)能夠以最小輸入電壓減去二極管壓降上電的控制器，而且在運(yùn)行期間還必須能夠承受得住Vin加Vout的電壓。FET和二極管還必須具有適用于這一電壓范圍的額定值。通過連接輸出接地的反饋電阻器可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)節(jié)，這是由于控制器以負(fù)輸出電壓為參考電壓。只需精心選取少量組件的值，并稍稍改動(dòng)電路，降壓控制器便可在負(fù)輸出降壓—升壓拓?fù)渲衅鸬诫p重作用。

二：工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源等開關(guān)電源的精確測(cè)量電源紋波

精確地測(cè)量電源紋波本身就是一門藝術(shù)。假如一名初級(jí)工程師完全錯(cuò)誤地使用了一臺(tái)示波器。他的第一個(gè)錯(cuò)誤是使用了一支帶長接地引線的示波器探針；他的第二個(gè)錯(cuò)誤是將探針形成的環(huán)路和接地引線均置于電源變壓器和開關(guān)元件附近；他的最后一個(gè)錯(cuò)誤是允許示波器探針和輸出電容之間存在多余電感。該問題在紋波波形中表現(xiàn)為高頻拾取。在工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源中，存在大量可以很輕松地與探針耦合的高速、大信號(hào)電壓和電流波形，其中包括耦合自電源變壓器的磁場，耦合自開關(guān) 節(jié)點(diǎn)的電場，以及由變壓器互繞電容產(chǎn)生的共模電流。

錯(cuò)誤的紋波測(cè)量得到的較差的測(cè)量結(jié)果

利用正確的測(cè)量方法可以大大地改善測(cè)得紋波結(jié)果。首先，通常使用帶寬限制來規(guī)定紋波，以防止拾取并非真正存在的高頻噪聲。我們應(yīng)該為用于測(cè)量的示波器設(shè)定正確的帶寬限制。其次，通過取掉探針“帽”，并構(gòu)成一個(gè)拾波器我們可以消除由長接地引線形成的天線。將一小段線纏繞在探針接地連接點(diǎn)周圍，并將該接地連接至電源。這樣做可以縮短暴露于電源附近高電磁輻射的端頭長度，從而進(jìn)一步減少拾波。

最后，在隔離電源中，會(huì)產(chǎn)生大量流經(jīng)探針接地連接點(diǎn)的共模電流。這就在工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源接地連接點(diǎn)和示波器接地連接點(diǎn)之間形成了壓降，從而表現(xiàn)為紋波。要防止這一問題的出現(xiàn)，我們就需要特別注意電源設(shè) 計(jì)的共模濾波。另外，將示波器引線纏繞在鐵氧體磁心周圍也有助于最小化這種電流。這樣就形成了一個(gè)共模電感器，其在不影響差分電壓測(cè)量的同時(shí)，還減少了共模電流引起的測(cè)量誤差。

實(shí)際上，集成到系統(tǒng)中以后，工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源的紋波性能甚至?xí)?。?span>工控設(shè)備電源、3D打印機(jī)電源和系統(tǒng)其他組件之間幾乎總是會(huì)存在一些電感。這種電感可能存在于布線中，抑或只有蝕刻存在于 PWB上。另外，在芯片周圍總是會(huì)存在額外的旁路電容，它們就是電源的負(fù)載。這二者共同構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，進(jìn)一步降低了電源紋波和/或高頻噪聲。在極端情況下，電流短時(shí)流經(jīng)15nH電感和 10μF旁路電容的一英寸導(dǎo)體時(shí)，該濾波器的截止頻率為400kHz。這種情況下，就意味著高頻噪聲將會(huì)得到極大降低。許多情況下，該濾波器的截止頻率會(huì) 在電源紋波頻率以下，從而有可能大大降低紋波。經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師應(yīng)該能夠找到在其測(cè)試過程中如何運(yùn)用這種方法的途徑。

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