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​如何对开关电源产品进行各种折中处理?

2022-08-06 14:27
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电子产品在上市前,为保证能处在最佳水平状态,电子工程师往往会进行优化折中处理,促使电子产品没有性能问题,从而成功上市,那么作为一个优秀的电子工程师,该如何对开关电源产品进行各种折中处理?

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1、稳态性能与动态性能的折中

很多功率级拓扑,其稳态性能与动态性能通常难以兼顾,稳态性能好的,动态性能就差,动态性能好的,稳态性能就差,折中例子非常多,所以选择拓扑时一定要根据要求和应用场合来合理选择。

即使同一个拓扑,其功率级参数设计时,也要考虑稳态性能和动态性能的折中,如输出滤波电感的设计,对效率而言,希望其越大越好,但对动态性能而言,则希望其小一点好,所以设计时需要折中。

2、功率密度与可靠性的折中

很多有更高功率密度的拓扑,其实现时会比较复杂,而且往往拓扑本身还有可靠性较低的隐患,所以选择拓扑时也要根据可靠性和性能来进行具体折中。如一些能实现软开关的拓扑,一般可实现更高的开关频率,具有更高的功率密度,但它们在实现的产品中,可靠性往往较低。

3、小信号性能与大信号性能的折中

在一个电源中,有很多性能需要满足,利用不同的控制策略,不同的补偿电路会得到不同的动态性能,有些控制策略或参数对输入端的扰动具有较强的抑制能力,有些则对负载端的扰动具有较强的预知能力,有的参数对小信号动态稳定性很好,但在大信号下且可能不稳定,有的参数能满足大信号的要求,但小信号下会变差,所以要对大小信号的动态设计进行折中。

4、高低温下的设计折中

在一个电源中,因各种参数都与其工作时的温度有关,所以必须找出一组参数能在全部温度范围内满足所有性能指标,这需要做很多折中。

5、电性能与热性能之间的折中

在一个电源中,电性能(如电应力与EMI性能)与热性能之间的要求是矛盾的,为了获得好的EMI和低的电应力,希望功率元器件形成的回路尽量小,但这会使得各种元器件之间的热影响更厉害,各元器件的损耗会更大;将各功率元器件之间的回路加大,可减小这种热影响,改善热设计,但因寄生参数的增加,会使器件的电应力增加,效率变低,EMI性能变坏,所以电源中热与电两个设计是非常需要折中的。

6、关键部件的折中

在开关电源中,有一些关键部件,在设计时需要折中,如功率变压器的设计,对稳态效率性能而言,在变比等硬件最优化后,希望其漏感最小,但在实现漏感最小的同时,往往会增加绕组之间的分布电容,这通常会增加共模EMI干扰和降低安全要求;

另外如驱动能力的折中,为了减小功率开关器件(MOSFET)的开关损耗,希望其开关过程尽量短,这可通过减小门级驱动电阻来实现,但在开关速度提高的同时,往往会增加电源的共模EMI,使得EMI特性变差。

7、其他折中

做好一个开关电源,还有很多其他折中要做,总之因为开关电源是一个在一定边界(有输入电压、负载电流和环境温度组成的长方形)之内满足规格书要求的功率电子产品,既有功率处理和信息处理,又有热处理,所以为了做好这样的产品,必须要做很多很多的这种,这要求开发人员如何在折中的基础上优化,在优化的基础上折中,使开发的电源产品达到最佳的性价比、


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