关于开关电源的种种问题，你可以解决吗？
关于开关电源话题，很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源，才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章，供大家学习~
一篇文章搞懂BUCK开关电源基础理论
介绍了BUCK拓扑降压的三种工作模式（CCM、BCM、DCM），介绍了伏秒平衡方程并通过伏秒平衡方程推导了输入输出电压与占空比的关系。本篇文章将首先介绍BUCK拓扑降压的设计指标-电流纹波率，并根据各项设计指标确定电感 开关等各个元器件的参数和选型。
电流纹波率
电流纹波率和大家熟知的电压纹波率是相对称的概念。电压纹波率是元器件两端的电压波动，而电流纹波率是流过元器件电流的波动，电感纹波率示意图如下图所示↓（电流纹波率＝vpp/2/vdc）。
在BUCK的开关电源拓扑中，电感的电流纹波率是重要的设计指标，我们希望电流纹波率越接近于0越好，充放电越平稳，则电源的电压纹波 EMI等参数越好。但是如果想要电流纹波率越小，那么就需要电感的储能能力越强（电感值越大），大电感的缺点就是成本高 体积大 这是非常不利于我们的工程设计的， 下图为电感感值 成本与电流纹波率相对应的大致曲线↓
曲线是呈指数下降的，在实际的工程应用中，在没有特殊的要求下，我们认为取电流纹波率为0.4是从成本 电源稳定性等角度考虑比较高性价比的点，所以在后续的计算中我们将电流纹波率取0.4。
电感的选型
流过电感的平均电流、最小电流、最大电流。
在确定CCM模式下的电流纹波率为0.4后，我们就可以画出电感的预期电流波形，如下图所示↓
流过电感的平均电流为Idc
流过电感的最大电流为Idc+(Ipp/2)
流过电感的最小电流为Idc-(Ipp/2)
在电感选型时要注意电感的最大承受电流和电感的饱和电流都要大于电感的平均电流，在工程应用下，我们通常会取 最大电流 * 1.2（少了不够，多了浪费 ）。
电感值的计算
在快速的开关下，开关的开通时间ton、开关的关断时间 toff 和 电流变化量△I都为较小的变化量。
则电感公式 U=L*di/dt 的另一种表达形式为：
Uon = L * (△Ion/Ton)；
Uoff = L * （ △Ioff / △Ton ）；
通过公式可知电流上升量和电流下降量为：
△Ion = (Uon * Ton) / L;
△Ioff = (Uoff * Toff) / L;
又知占空比公式为：
D=Ton/(Ton+Toff)=Ton/T=Ton*频率f;
通过公式可知电流上升量和电流下降量使用占空比进行表达为：
△Ion = (Uon * D ) / ( L * f );
△Ioff=[ Uoff*(1-D) ] / ( L * f );
电流纹波率公式为：
ρ = △Ion/Iout = △Ioff / Idc； （Iout 就是 Idc）
感量的计算公式，可通过电流上升量△Ion = (Uon * Ton) / L 计算，也可通过电流下降量△Ioff = (Uoff * Toff) / L 计算，下面就使用电流下降量公式做电感的计算（使用电流上升量公式做计算的结果也是相同的）。
公式△Ioff=[ Uoff*(1-D) ] / ( L * f )，使用电流纹波率的表达方式为……
原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5821.html
开关电源频域小信号环路特性测量探讨
开关电源的闭环调整特性是由其变换器的小信号开环传递函数决定，而这个传递函数可以用伯德图表示，通过波德图，我们可以看出此电源相关的特性。比如穿越频率，增益裕量，相位裕量等指标。穿越频率（增益曲线穿越0db时对应的频率），也就是控制带宽，表征系统的负载动态响应速度。通过负反馈系统的应用，使得开环传递函数直接产生了180C的相位滞后，则功率级部分，补偿器部分，反馈环节部分，总的叠加的相位滞后不能超过180C,由此避免控制环路的不稳定发生，因此，相位裕量表征系统的闭环控制的相对稳定性。通过本文，我们回顾一下和小信号环路测试相关的知识。
一.小信号环路测试的背景
负反馈系统广泛用于控制开关电源，如图1所示，是一个典型的负反馈系统的框图，输出V(s)经过反馈环节H(s)后，和参考Vref(s)相减得到误差Ve(s），经过被控对象G(s)后得到控制后的输出量Vs(s)，输出V(s）就会跟随参考Vref（s）的值。
对图1所示的框图进行关系推导，即可得到输入Vref(s）对输出V(s）的闭环传递函数关系，如图2所示。这里T(s)就是这个系统的开环传递函数，它由这个系统所有环节的增益的乘积组成。
如果能知道系统的开环增益的特性，我们就可以通过奈奎斯特的稳定性原则去评估系统稳定性，显而易见，T（s）为-1时，这个闭环传递函数表达式为无穷大的值，所以这时候它是不稳定的，所以，我们在系统的开环增益波德图中不允许其达到这个不稳定点。
对于一个典型的电源变换器来说，如图3所示，由功率级环节，PWM转换环节，误差放大器环节组成，这个负反馈系统具有基本的控制输出的功能，比如当输出变小时，导致误差VEA变大，同时让占空比变大，从而将输出调整回来。
而这样一个变换器系统的开环增益可以表达为图4中，所示表达式。
二.小信号开环增益测试
讨论了小信号测试的背景知识，为了得到准确的小信号特性对应的波特图，我们需要去测试一个电源系统的波德图，这样就可以避免各种建模无法考虑到的一些寄生参数或者非理想因素导致的不准确性，那么该如何去测试系统波德图呢……
原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5683.html
开关电源变换器的工作模式---恒定导通时间控制(COT)
一般情况下，开关电源的输出电压Vo恒定，当输入电压Vin变化时，需要有另外一个变量进行相应的控制变化，维持输出电压Vo恒定。以Buck降压变换器为例，根据控制变化量的不同可以分为以下几种控制模式：
1）开关频率fsw恒定，当 输入电压Vin变化时，根据Vo=D*Vin=Tsw_on/Ts*Vin，占空比D=Tsw_on/Tsw进行相应的变化，也就是PWM控制；
2）如果开通时间Tsw_on固定，当输入电压变化时，开关频率fsw进行相应的变化，这种方式就是恒定导通时间控制；
3）如果开通时间Tsw_off固定，当输入电压变化时，开关频率fsw进行相应的变化，这种方式就是恒定关断时间控制；
以上三种控制方式中，第一种是定频控制，后面两种是变频控制。其中COT控制是通过检测流过开关管电流谷点电流值进行控制，其工作过程如下：
当开关管导通时，流过电感电流上升，开关管导通一个固定时间后，关断开关管，此时流过电感电流开始下降，通过检测检流电阻两端电压值与芯片内部值进行比较，重新打开开关管，依次重复。下面以一款COT Buck控制芯片为例详细说明COT控制主要计算公式……
原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5594.html
Buck开关电源输入电容的选择
本文以Buck开关电源为例分析输入电容的选择。Buck电路工作框图如下图所示
Buck开关管Q的工作波形如下：0~DTsw的开关管导通期间，有电流流过Q，在DTsw~Tsw的开关管关断期间，流过Q的电流为0.当ΔIout足够小时，可以将开关管导通期间的电流波形等效为一个高为Iout，宽为DTsw的矩形波形，则有
根据能量守恒, 流过开关管Q的电流波形几何关系可得
在开关管Q导通期间输入端和输入电容同时向输出端提供能量，因此输入电容电流等于流过开关管电流Iq减去输入端电流；在Q关断期间，输入端对输入电容充电，补充开关管导通期间的损失，此时输入电容电流反向等效为-D*Iout。当输入电容足够大时，输入电流整个周期基本恒定，有
根据输入电容电流波形可得流过输入电容的有效值为
化简可得
上面是不考虑纹波的情况下的输入电容电流的有效值，在考虑纹波的情况下有……
原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-5573.html
<75W开关电源的EMI整改策略
对于小于75W的开关电源的供电系统，我们没有强制要求增加PFC电路设计。此时<75W的单激方式的反激设计是系统供电设计最简单实用且实效的方案。
工作于开关状态的单激式设计，其开关电源的电压、电流变化率都很高，产生的干扰强度较大。干扰源主要集中在功率开关管，开关变压器，输出整流二极管等，其干扰频率不高（从几十千赫到十兆赫兹/也有超过十MHZ的），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰为主。
在EMI-传导的高效设计方面我的滤波器设计理论及推荐的共模电感设计可以一步到位，但往往电子工程师对理论研究比较薄弱，同时对成本应对问题，滤波器中的共模电感的参数是用凑合来的（成本最低）。我再将电子工程师朋友们遇到的EMI整改问题根据测试频段对应的干扰源头进行一下追加措施处理！
1.<75W中功率的应用设计原理图（通用设计参考）
以上是我研究开关电源以来实施最多4种结构。注意其应用场合有比较大的差异，我有一门课程是来研究电子产品的供电系统设计的，依据产品认证要求不同，如果其结构选择不当，对产品的系统EMC会带来成本及整改的问题！
2.我先推荐大家开关电源EMI在不同频段的经验数据Data
A.<1MHZ,主要以差模干扰为主，可以采用差模干扰抑制的策略
B.1MHZ—5MHZ,主要是差模与共模的混合干扰为主
C.>5MHZ,主要是以共模干扰为主，可以采用共模干扰抑制的策略
D.30MHZ—50MHZ,辐射段大多为 MOS管的高速开关引起
E.50MHZ—100MHZ,辐射段大多为 输出整流二极管的反向恢复电流引起
F.>200MHZ,开关电源的辐射会比较小了；需要分析数字电路，时钟，MCU,CPU/RAM等高频控制信号；可以通过测试曲线的数据来大致判断来源……
原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-4794.html
<5W开关电源系统的辐射超标的改善分析
在我们很多工业及消费类电子产品应用中，使用开关电源系统供电可以减小体积。对于电源的输出负载主要是继电器及MCU等简单的控制系统，追求小体积电源系统简单可靠在应用中越来越广泛！特别是物联网产品的应用，同时开关电源供电系统的集成度已非常高，好的设计和选择非常重要。为了做到应用时应对系统EMC的要求提供我前期的实际工作设计案例，分享给电子设计爱好者参考！
1. 小功率电源系统LNK564PN改善EMI的原理设计参考方案如下：
2. 客户在实际使用时测试的超标频段及频点范围如下：
① 30MHZ-40MHZ的频点范围 超标5dB左右
② 200HZ-300MHZ的频段范围且是时钟的倍频
3. 通过数据调试确认辐射发射的位置及器件。
① 30MHZ-100MHZ的频点范围如果是开关电源其相关的器件位置为：
现将各个频段的干扰形式及状态总结如下：
1MHZ以内----以差模干扰为主,增大X 电容就可解决；
1MHZ-5MHZ---差模共模混合,采用输入端并一系列X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并解决;
5M---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法.对于外壳接地的,在地线上用一个磁环绕2圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减;
30---50MHZ 普遍是MOS管高速开通关断引起,可以用增大MOS驱动电阻,RCD优化缓冲吸收电路；对于集成MOS的方案设计，建议在MOS的D&S间并联<220pF的电容会有较好的改善，注意IC的温升问题！！
50---100MHZ 普遍是输出整流管反向恢复电流引起,可以在整流管上串磁珠，增加RC吸收电路等措施；
注意：对于小功率开关电源的辐射一般只会影响到100MHZ 以下的频段.也可以在MOS,二极管上加相应吸收回路,但效率会有所降低!
② 200MHZ-300MHZ对于是时钟的倍频则处理按时钟的标准电路原理进行处理
4. 在电路中增加器件进行的改善处理及实际结果情况分析：
① 更改电路中的RCD吸收电路R和C效果不明显
② RCD吸收回路中D上套磁珠效果不明显
③ 输出二极管UF4005上套磁珠效果不明显
④ 在LNK564PN的D与S脚增加101/1KV电容效果不明显
⑤ 电感L1上并联1K的电阻30MHZ-40MHZ的超标的点幅度降低
⑥ 将电感L1直接用屏蔽材料包裹，30M-40MHZ的辐射超标点通过
⑦ 将时钟和晶振电路进行RC处理及更改PCB后测试通过……
原文链接：https://www.dianyuan.com/eestar/article-4781.html
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