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在当今的设计中，开关电源是不可避免的。它们具有力量和热效性，每个应用程序都可以使用各种方案。切换调节器通过通过脉冲宽度调制（PWM）操作来解决功率耗散和效率问题。但是，在设计开关电源电路时，有很多考虑因素，而且价格不应该是组件选择的唯一驱动因素。对所有这些元素的完整了解将帮助您为设计选择最具成本效益的部分。
力量Output
The voltage and nominal current required at the output of the switching dc-dc stage is the most obvious factor to consider in the design. Datasheets only tell part of the story. Don’t take their stated output capabilities for granted! In fact, you might want to calculate the maximum output power you might need from the switching power circuit and make sure the device can provide it with some safety margin on top（看 ”选择正确的切换调节器”）。
具有不同包装的相同零件编号将提供不同的热能能力，从而导致不同的输出功能。不同的包装具有不同的热电阻，并且某些包装在处理热释放方面的处理能力比其他包装更好。空间在组件软件包选择中很重要，但是易于制造，整体气流注意事项和板布局也很重要。紧凑的设计（由于空间或占地面积有限）需要良好的评估，即在不影响设备的其他部分的情况下正确发布热量热量，因为这种梯度我在超低噪声电路，高性能系统，光学，光学上的重大问题电路等等。
线性技术的LT1170具有不同的包装，从流行的TO-220到DIP-8以及8-Soic，16-Soic和D2PAK-5表面板版本。SOIC-16提供的最佳热性能为150°C/w，而D2PAK在使用2.8平方英寸的1盎司Cooper时提供25°C/w。因此，LT1170（与任何开关电源组件一样）可用的功率将取决于软件包，还取决于配置，组件，布局和散热器。
Get an evaluation board of your target switching regulator to evaluate its performance with your particular application. The switching frequency might be an issue, and testing this component with the rest of your system will tell you if you need additional filtering or heatsinks or if you need to use a different part.
输入条件
Some systems are powered by a single power source with a definitive input voltage. But in other cases, that power input stage must withstand a wide range of opportunities, such as different battery voltages or a fluctuating power source. This gets more stringent in automotive applications, where the power supply components might have to tolerate cold cranking and load dump.
一些电源（例如电池）可能会随着时间的推移而降低。您的开关电源应该能够处理降解，以在系统条件的各个范围内提供稳定的输出。因此，在设计电源时了解您的输入范围和操作条件很重要。
For example, isolation is a good feature to have, but it isn’t always necessary. If it was integrated in a previous stage, there might be an isolated ac-dc converter inside the same system, so the isolation was implemented in that circuit. Or, the system may be battery based and there is no need for isolation.
孤立的开关电源更加复杂和昂贵，但是如果必要的话，那就这样吧。请注意，无隔离的交流线电压可能会引入安全性和监管问题。即使在DC驱动系统的情况下，地面循环也会引起设计团队的深刻头痛，而隔离是解决未知数的好解决方案。
热和散热器问题
通常，所述的输出功率基于在最佳温度条件下提供给组件的最佳散热器。但是现实是，在目标应用程序中负载所需的功率上，温度可能会高于房间。如果您的产品进入一些包装，则气流将受到限制。如果您的应用程序恰好是在甜点中间部署的，则需要确保所有内容保持在绝对最大值以下。根据需要计划适当的热策略和可能的供热。
If an external heatsink is used, then it is better to evaluate the heat flow with your mechanical team. This also opens the discussion to find alternative heatsink ways, such as directly in the enclosure or another structural support. Some heatsinks require additional labor such as a thermal compound, insulator, or screw support, while some heatsinks are designed for automated mounting. A possible alternative is to use the same printed-circuit board (PCB) to release the heat.
接下来，为组件使用正确的足迹。Fairchild半导体ML6554雄鹿调节器配备了一个16PSOP包装，可以误认为是SOIC-16，但是它的下面确实有一个热垫，必须在那里才能将其释放到PCB（图。1）。这就是组件可以处理热需求的方式。如果没有放置热垫，则由于热问题，该组件将会遇到早期关闭。还要注意，基于层上铜的盎司（0.5、1、2等），平面的加热能力将有所不同，并且较薄的层需要更宽的面积才能达到相同的冷却效果。
Further consideration should be given to the component’s operating temperature range. Electrolytic capacitors are limited in the low temperature range, and capacitance varies significantly in the extreme temperatures.
Component Quality
组件的质量在开关调节器性能中起着重要作用。除值外，其他参数还必须是正确的。例如，相同电感值的电感器可能具有不同的饱和度。电感器饱和度是当设备的磁性特性超出其能力时，并且该设备的表现不像电感器所需的作用。
电容器还会改变其电容值，这是温度和频率的函数，因此正确的类型和质量对于正确的操作至关重要。即使来自同一制造商的相似电容器值也可能具有不同的功能和价格。联合Chemi-Con具有多种电解电容器。有些是像KMG系列这样的通用。其他MZA系列等其他人则是低阻抗。MVH系列提供了更高的连锁电流。其他供应商提供类似的品种。因此，电容器值和类型还不够。
来源阻抗非常重要。开关调节器输入时的某些电感可以帮助将当前的尖峰从开关电源从源供应源分解。但是在某些情况下，它可能会导致输入电压上的响声和尖峰。每个DC-DC转换器芯片均设计为与具有最小值至最大值的一系列可接受值组件的特定组合一起工作，因此必须对数据表进行审查以验证任何潜在的局限性。在电子表格中执行所有计算总是一件好事，并且对于所有组件值都有一个范围（最小和最大值）。
另一方面，选择不良的组件可能会危害产品认证。开关电源往往非常嘈杂，到电磁干扰（EMI）可能是一个问题的地步。使用屏蔽电感器和高质量的电容器可能会最大程度地减少系统中存在的噪声量。电容器的等效串联电阻（ESR）在电路稳定性和性能中起作用。某些配置可能需要特定的ESR，因此您并不总是需要低的ESR。特别注意输入和输出电容。
The input capacitors reduce the ripple voltage amplitude seen at the input of the converter to reduce the RMS ripple current to a level that bulk capacitors can handle. Ceramic capacitors have the extremely low ESR needed to reduce the ripple voltage amplitude. Therefore, it is important to place them close to the switching converter input. As the converter switches, it has to draw current pulses from the input source. An additional electrolytic or tantalum capacitor will help to provide enough energy to the load.
输出电容器过滤并最大程度地减少输出处的任何波纹。这是电容器ESR的函数，它也可能影响调节器循环稳定性。高质量的电容器将具有指定的ESR。通用电解电容器仅在120 Hz时指定ESR，但是高频电容器将以较高的频率（例如20 kHz至100 kHz）保证ESR。ESR将在低工作温度下增加，并且输出纹波电压将相应增加。典型铝电解性的ESR在–40°C时可能增加40倍，因此可以彻底评估电解性的使用。
还应考虑输出电容器可以处理的连锁电流。由于功率损耗，该电流会增加电容器内部的内部温度，因此忽略了验证电容器的涟漪电流可能会带来烟火的后果。并行的电容器可用于满足ESR和RMS当前处理要求。
某些电源可能需要组件认证。确保您知道需要测试哪些零件以及如何测试它，以便您的设计与目标标准一致。如果将光耦合器用于孤立的转换器，则其设计应考虑随时间，温度限制和共同模式电位的光降解。
最坏的情况
运行模拟以验证设计是否可以在所需时间所需的输出电压下处理输出电流是始终审慎的（图2）。It is important to know how the component’s variations perform over frequency, load, and temperature variations. Because of the dynamic nature of some switching regulators, their worst condition might not be in an extreme load, but rather somewhere in between. Testing your power supply for all the possible variations in your target circuit is important.
在进行任何实施之前，请在整个工作温度范围内模拟正确的操作。带有香料的模拟使我们能够运行蒙特卡洛分析或最坏情况分析，以确定不同组分公差变化下的性能（图3）。它也可以用来改变负载条件。Linear Technologies的LTSpice是一个免费的版本，可创造奇迹。德州仪器（TI）提供蒂娜。而且，其他供应商具有多种工具来简化仿真，选择和组件评估。
设计人员还可以使用Texas Instruments Webench工具选择和尺寸DC-DC组件和配置（图4）。用户可以输入所有设计要求，例如电压输入范围，电压输出以及电流和温度，该软件将选择所有组件并显示电路配置。在大多数情况下，它将提供一系列选项，例如足迹，组件数量和成本。
For each design, the software will show thermal analysis and efficiency plots. Users can run multiple temperature scenarios, which the WEBENCH software currently cannot run simultaneously. For example, for Vin_min = 8 V, Vin_max = 48 V, Vout= 5 V, and Iout = 7.5 A, the LM5116 shows different data at different operating temperatures（请参阅表）。
因此，不要将第一个结果视为理所当然！另外，请查看从最低温度到高温的所有电路条件。在解决配置之前，请确保它最适合目标应用程序和环境。webench始终将以30°C的易于开始。而且，Webench并未涵盖所有TI交换调节器，因此请查看TI网站上的组件选择并单独验证它们。
许多其他供应商提供了大量的切换调节器，超高效率，非常低的泄漏，更宽的输入范围，低噪声，多个输出，甚至与切换调节的联合线性调节。然后，审查所有潜在候选人的适用性，成本和绩效是谨慎的。
As with any component, switching power components have a derating factor over their temperature range. Use the worse condition to estimate the power output your device requires. Characterizing the power components in the frequency range can provide some answers about the EMI performance.
使用最差的场景运行模拟，并验证组件的公差，以确保它们在温度和公差范围内的表现良好，并具有一系列负载变化。具有不同组件的模拟可能会提供广泛的替代方案，为成本决策提供更好的视角，并为验证组件尺寸的机会提供了机会。
PCB区域，布局和足迹
某些组件可以是PCB的供热链接。这些组件使用的区域在释放的热量中起作用。另外，考虑铜层的厚度，以及是否应该有任何额外的热VIA和分布。如果您使用的是，请确保您的制造房可以处理其生产线中的热vias。有些库不包含正确的占用范围来处理更多电源，并且可能需要在PCB布局中进行其他铜定义。
使用短和宽的PCB轨道来降低电压滴并最大程度地减少电感。高频切换使良好的组件布局必须进行。首先将开关元件放置在能源存储元件上。最小化输入和输出循环，以减少辐射和高频共振问题。该策略将最大程度地减少电磁辐射中主要罪魁祸首的当前环路。此外，查看评估委员会和参考设计以放置组件。实心接地平面和倒入将有助于扩散热量并增强动力传递。
性能测试
按照设计指南和组件选择的公式在某种程度上验证了设计。电路模拟可能会在边界条件下的操作方面回答其他一些问题。但是，重要方面是最终性能测试的实施。最终的功率和EMI验证只有在您的目标应用程序的真实板上才有可能。
联邦通信委员会要求在美国进行测试。由于所有切换电源都会散发出一定程度的EMI，因此它们可能导致失败。仔细的组件放置，布局，产品集成和包装可能会减轻整体排放，但需要在最终产品中进行验证。
Some new switching regulators allow the switching frequency to be changed, which should be explored in the case of EMI violations. Some dc-dc regulators offer dithering, which constantly varies the switching frequency on the fly. Therefore, the energy is spread out over a wider range and the resulting magnitude of the emitted energy at each individual frequency is lower.
某些情况可能需要在切换元件上额外的冷气仪，以减轻噪音，但要付出额外的功率。最后，应执行全温度范围测试和现场操作，以确认开关电源的适当性能以及与产品相关的其余电子设备。
参考
布莱恩·埃里斯曼（Brian Erisman）和理查德·雷德尔（Richard Redl），“修改您的切换供应架构以改善瞬态响应”，”www.edn.com/file/24543-46325.pdf
Jim Williams, “Switching Regulators for Poets. A Gentle Guide for the Trepidatious,”
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an25fa.pdf
Fairchild ML6554数据表，http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Fairchild%20PDFs/ML6554.pdf
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