浅谈开关电源设计
简介：
一般设计图
C1：输入储能电容
R4、R3：分压使能芯片的作用
D1：续流二极管（给L1续流、避免高压）
R2、R1：电压反馈
C2：输出储能电容
原理：
- VCC作为电源输入，经过一个开关到达输出和输出储能电容
- 给电容充电的过程中，电压会上升，当上升到3.3V的时候，经过R1、R2分压电路电压反馈给控制芯片，然后控制开关断开
- 当输出电压被负载消耗，电压下降时，再经过R1、R2分压电路电压反馈给控制芯片，然后控制开关闭合给输出储能电容充电，输出电压继续上升
- 输出电容也会经过R1、R2分压电路消耗能量，但是R1、R2电阻会取得很大，使得功耗很小
此拓扑结构的缺点：
有个限流电阻，影响了电源转换的效率
解决方法：
把限流电阻换成电感
加了电感的优点：
&电感属于储能器件，基本不消耗能量
&能限制电流，不会让电流突变（与电阻作用类似）
加了电感的缺点：
&与电容组成LC串联谐振电路，会产生振铃（如下图输出电压变化）
&当开关断开，电感会产生一个高压，需要加一个续流二极管 ，使得电感按照蓝色箭头回路继续释放电流，避免产生高压
进一步优化（续流二极管的功耗问题）
续流二极管相对来说功耗较大，不能把整体电源效率做高，因此把续流二极管换成mos管，减少功耗
使用mos管做续流，即为同步整流，效率更高
电源控制芯片，内部也是用一个mos管作同步整流，避免使用续流二极管产生的功耗
开关电源的关键参数（下列为最关键的参数，其他可自推）
- 开关频率
- 电感值
- 输出电容值
- 续流二极管
电感引发的副作用：
当开关断开的时候，电感继续经过电容和续流二极管放电（电容之前没有被充满）
然后，电容的电压会继续上升，当电感的电流较大时，电容的电压会被充的很高
当设定开关值为5V时，可能会被充到10V，甚至更高
需要控制开关频率，来抑制电感储存的电流
在开关中，使得电感储存的电流不大，让电压缓慢上升到额定值，使得输出电压误差比较小
开关频率越高，最终误差越小（但是对元器件的开关频率性能要求就越高，如续流二极管）
电感的充电和放电的速度不一致
V=L（△I/△t）
充电时，电感两端电压为（12-5）=7V，
放电时，电感两端电压为（5-(-0.3)）=5.3V
电流相同时，电压小，则放电速度更慢（△t时间更长）
因此，当开关频率占空比为50%时，电流会缓慢上升（此方法可以控制开关电源的电流）
利用控制占空比，控制电流
当开关频率占空比相同时，因为电流释放的比较慢，所以电流会缓慢上升
当上升到指定电流时（与负载需要的电流相同，不然电压会上升）
改变占空比，让开关的关断时间更长，让电流被消耗掉，从而稳定住电流
一般电流纹波固定为0.4
电压和频率固定时，电感量和电流纹波的关系
V=L（△I/△t）
频率（△t）和电压固定时：电感量上升则纹波电流下降，电感量下降则纹波电流变大
当电感量和电压固定时：频率升高则纹波电流下降，频率降低则纹波电流变大
伏秒法则
续流模式（CCM），电流在上下波动，但是不会降到0；
&特点：电流的上升幅值和下降幅值相同，使得电流基本稳定（I rise=I fall）
临界模式（BCM），电流会接近0，但是不会等于0；
断续模式（DCM），电流会等于0,也会上升。
开关电源的计算公式的前提是：
电源工作再续流模式或者临界模式，不能是断续模式
伏秒法则：
先通过公式V=L（△I/△t）
推算出闭合开关和关断开关的式子（Ton是开通时间，Toff是关断时间）
得到输入输出的关系
最后得到：Vout/Vin=Ton/T=D（T是一个周期（Ton+Toff），D为占空比）
电感量计算公式
电流纹波率为输出电流的0.3-0.5倍，取中间值为0.4：△I=（0.4）Iout
电感值推倒公式：
算出在ton时的电感值
其中，D为占空比=ton/T=Vout/Vin，T：周期
电感值的计算公式
电感饱和电流
根据电感工作在续流模式下的电流值
因为△I=Iout*0.4（输出电流需要根据需要和负载取值）
而饱和电流=Iout+△I/2
得到Imax=1.2Iout
给电感的饱和电流取值，需要在计算值得基础上，乘以1.5或者1.2倍，留有余量
开关频率的选择
在纹波电流相同的情况下，
方案一：频率升高→电感值可以降低（电感值低则体积和成本可以下降）→电源效率会降低（频率越高，mos管的开关次数就越多，经过mos管放大区就越多，功耗越大，进而效率越低）
方案二：频率降低→电感值需要增大→同样的体积和成本上升，但是电源效率上升
不需要考虑太高效率，考虑成本可以选择方案一
考虑电源效率、不太考虑成本，可以选择方案二
二极管选型
1、最大导通电流Imax=Iout*（1-Dmin），Dmin是最小占空比
选型，应选择1.2*Imax，留有余量
2、反向耐压 > 输入电压的1.5倍
3、最好选择肖特基二极管（开关频率高，能满足控制电路的高频开关；导通压降小，损耗小）
输入、输出电容的选择
经验值：
输出电容：在负载电流1A以上，都要去200μF以上的点解电容，2A则翻倍470μF
不能随便取，影响到和电感组成的RC谐振点（Q值），选取不好，会导致前级控制芯片产生自激振荡
也可以直接选取芯片推荐的电容值（稍微取大点也没关系）
ESR（寄生电阻）取值：可以用一个瓷片电容和电解电容并联，可以有效减小ESR
ESR影响输出的电压纹波，ESR越大，则纹波越大
耐压值：输出电压的1.5倍即可，稍微再小一点（如算出来是7.5V，取6.8V也能接受）
输入电容：
输入纹波电流值：一定要满足纹波电流，纹波电流会使得电容发热，需要比计算得出的纹波电流大（可以并联多一个，分担纹波电流）
容值：根据输出电容和占空比来计算
耐压：>输入电压的1.2倍
**减小纹波→&并联一个相同的电容，可以减小一半的ESR，从而减小纹波电压
&并联一个瓷片电容，可以有效减小电源纹波