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微型模块让DCDC电源稳压器设计变得简单

使用现在的组件、参考设计、工具和资源，设计出一个基本上“还算可以”的直流-直流 (DC/DC) 电源稳压器 （有时称为功率转换器或电源）并不难。

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刘玉华

2020-10-29 16:00:16
设计师只需将适当的控制器集成电路 (IC)、金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 及其驱动器和一些无源器件组合在一起，理论上整个设计就完成了，能够在对直流输入电压进行转换和稳压的同时输出直流电压（图 1）。



图1：原则上讲，稳压器的功能简单明了，就是用一个比较稳定的直流电源，经过严格的稳压后输出直流电压提供给系统使用。
但这只是理论上的说法，而我们还面临着严酷的现实，因为“还算可以”的设计已经不够用了。虽然这样的设计能够满足一些基本的性能参数，比如输出精度、稳压效果等，但是要记住，这些“基本”参数只是现代稳压器必须具备的一小部分。此外，现在对动态性能、各种负载范围下的效率以及电磁干扰/射频干扰 (EMI/RFI) 等各方面的要求也越来越高，这些要求往往是监管机构强制规定的，必须满足这些要求，产品才能获准上市。
我们来讨论一下电源稳压器众多要求中的一部分，首先要考虑的当然是静态规格，即在具体的输出电压下要能够提供足够的电流，公差在1%到3%（典型值）之间，有些情况要求更严格。然后是动态性能需要对线路和负载的变化作出快速响应，但是要想让波动或者不稳定性降到最低，稳压器还必须具备针对各种故障的保护功能，比如过电流（包括负载短路）、过电压/欠电压以及过热等情况。
出于多种原因，效率和EMI/RFI标准通常是最难达到的。首先这些标准相当严格，其次它们随国家和地区而异，因此需要全面认真的理解。另外，电源的效率通常需要满足激活、待机及其他操作模式下的不同要求，进一步加剧了困难程度。效率和EMI/RFI性能必须由相应的实验室或机构进行测试和认证。PCB布局和物料清单 (BOM) 的微小变化都会影响效率和EMI/RFI性能，导致可能需要重新测试和认证。
除了这些基本性能要求外，稳压器还必须体积小、成本低，BOM器件简单，电源相关组件的生产过程中很少或没有特殊组装步骤（特别是手工操作），比如电容、电感、MOSFET或IGBT（绝缘栅双极晶体管）以及散热器等。有许多要求是相互冲突的，因此权衡分析和折衷必不可少。
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