开关电源简化设计法则

中心议题：
    * 如何简化开关电源设计
解决方案：
    * 性能评估
    * 电气仿真与热仿真
    * 测试原型电源设计的思路

过去15年来，开关电源的设计逐渐成为主流。现在，开关电源的设计已不再是专家的任务，任何参与系统设计的人员都能够最终设计出自己的 开关电源。

幸运的是，各种专业水平的人都可以利用美国国家半导体的WEBENCH®在线工具来设计开关稳压器。由于专业人员通常希望针对某些专用元件或目标性能来修 改自己的设计，这些工具还允许进行定制设计。这意味着可能会把一个原来工作完美的设计“优化”至不稳定的状态。在线工具可以用来发现并纠正问题，完美地配 合工程师思路的发展。

迈出第一步

在线电源设计的第一步是定义电源需求，包括电压范围、输出电压和负载电流。可能的解决方案会得到自动评估，并将一、两个推荐方案呈现给用户。这也是设计者 可能遇到麻烦的第一个地方：如果需求的表达不正确（例如，如果实际的输入电压范围高于或低于输入值），则不适合的解决方案也会显示。用户可以尝试多组需 求，但必须对系统需求有清晰的概念。

当选定了稳压器解决方案后，就可以确定该电路的元器件。该工具会会显示元器件的号码。用户可以更改为一个预设的替代品，或输入一个定制元件。对于元器件值 和所有关键的寄生参数值都有指导。如果采用了与推荐值差异较大的定制元件，恐怕性能就会下降不少。

性能评估

一旦选定了电路元器件，就到了评估性能的时候了。一般来说，性能评估要看频率响应值（交叉频率和相位裕度）、峰值电流和电压，以及热性能值（效率、结温和 元件温度）。尽管这些计算建基于模型，仿真结果与工作台数据还是匹配得很好的。

电气仿真与热仿真

电气仿真支持某些解决方案。这些仿真器会显示出逻辑图，用户可以进一步更改元器件，并在稳压电路上运行测试。现有的测试包括波德图、稳态、线路瞬态、负载 瞬态和起动。（注意，波德图只能用于那些采用固定频率稳压器IC的电路。）为使在线测试更有用，用户应仔细检查所有测试条件。输入电压和负载电流对每次测 试都可能会变化，而默认值可能与用户的系统不相匹配。用户必须先估计出应得的结果，如果仿真结果与之不同，去找出原因。

热仿真可以用于许多方案。在线工具会用一个参考设计布局，评估在PCB板上实现的稳压电路。元器件和电路板温度的结果以全彩图象及表格显示。由于热仿真运 行得较快（几分钟内就可以给出结果），精度自然比不上一个耗费数小时的详尽CFD（计算流体动力）仿真结果。但是，温度估计一般在实际值的20°C内。这 对于确定电路板或元器件的热点，防止出现过热情况已经足够使用了。

测试原型

开关稳压器设计投产前的最后步骤是建立一个原型，用于工作台的测试。某些解决方案含有客户化设计的支持，其它方案则有参考设计板。在线工具有强大功能，或 许你会由此产生跳过此步骤的想法–千万不要这样！大多数设计的运行良好，但有些则需要精心布局才能得到最佳性能。实际的元器件可能并不精确匹配仿真结果， 特别是考虑它们的寄生效应后，实际性能（包括电路板布局效果）会与仿真结果略有差别。我们重申，关键是要确定期望值，并分析所有不同之处。设计者应使用各 种实验室工具，包括高速示波器、DVM、电流表，再加上自己的思考，就能得到最佳的成功机会