切換模式電源供應器設計可能相當難解,因為實在有太多拓撲與控制器類型可供選擇。此應用簡介系列說明如何挑選最適合應用的電源供應拓撲,以及需具備的相關知識。最佳起點通常是應用程式的專屬規格。此規格至少應包含有關輸入電壓範圍、輸出電壓及最大負載電流的資訊。但是,如果可以回答部分的後續問題,則選擇最適合的拓撲結構、系統設計或兩者會更容易一些:
- 應用在輸入與輸出間是否需要隔離層?如果是,需要哪種絕緣層級?輸出電壓調節是否能透過一次側或二次側調節來達成?
- 電源供應器是否適用於 DC 轉 DC 或 AC 轉 DC 的轉換?有關輸入的其他實用資訊,可能包括最大突入電流、最大輸入電流及最大可接受反射漣波。
- 應用的輸出功率範圍為何?在眾多情況下、此資訊會減少可用拓撲與控制器的數量。該規格也應包含電源供應器輸出電壓公差、最大可接受輸出電壓漣波、平均輸出電流及峰值輸出電流的需求。像負載調節、瞬態回應和線路調節 (後者對於汽車啓動非常重要) 之類的動態行爲的其他要求,也必須納入技術規格範圍,因爲有時需要據以調整功率級以符合技術規格要求。
- 所需的切換頻率為何?是否需要頻率抖動以降低峰值排放?系統中是否有一個以上的電源供應器?如果是,供應來源是否需要同步?若為汽車應用,請選擇低於 450 kHz 或高於 2.1 MHz 的切換頻率以避免干擾 AM 頻帶。若為高功率應用,請選擇低切換頻率以獲得最佳效率。
- 環境溫度和工作溫度範圍為何?設計適用於哪個應用區段?是否需要商業、汽車、軍用或航太級的零件?
- 電源供應器的主要優先順序為何?一般而言,在每個電源供應器設計中,需在性能、外型尺寸與成本之間做取捨。需要知道這些因素中哪個最優先,因爲這些因素直接影響設計品質。
- 電源供應器是否需要符合效率、電磁干擾 (EMI)、功率因數校正 (PFC) 或保險商實驗室 (UL) 認證等方面的特定標準?是否需要輕負載效率或特定待機功率位準?
並非所有這些資訊都是必需的。電源供應器規格越詳細,越容易挑選最適合的拓撲與最佳效能零組件。
最常見的無電池開關電源拓撲包含在下列清單中:
- 降壓
- 升壓
- 反相降壓-升壓
- 單端初級電感轉換器 (SEPIC)
- 降壓
- Zeta
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- 返馳
- 雙開關返馳式
- 主動箝位順向式
- 單開關順向式
- 雙開關順向式
- LLC 半橋式
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- 推挽
- Weinberg
- 半橋式
- 全橋式
- 相位轉換全橋式
- LLC 全橋式
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這些拓撲由 TI 的 Power Stage Designer™ 軟體工具提供支援。
表 1 摘要說明電源供應器規格最常用的參數。
表 1 實用規格參數摘要
說明 |
參數 |
輸入 |
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輸出 |
- 電壓容差值
- 電壓漣波
- 平均電流
- 峰值電流
- 瞬態回應
- 負載調整
- 線路調整
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隔離 |
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優先順序 |
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切換頻率 |
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標準 |
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本系列的第 2 部分描述如何根據規格參數挑選最適合的拓撲。