開(kāi)關(guān)電源的主要部件包括：輸入源,、開(kāi)關(guān)管、儲(chǔ)能電感,、控制電路,、二極管,、負(fù)載和輸出電容。目前絕大部分半導(dǎo)體廠商會(huì)將開(kāi)關(guān)管,、控制電路,、二極管集成到一顆CMOS/Bipolar工藝的電源管理IC中，極大簡(jiǎn)化了外部電路,。
其中儲(chǔ)能電感作為開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)關(guān)鍵器件,，對(duì)電源性能的好壞有重要作用,，同時(shí)也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師重點(diǎn)關(guān)注和調(diào)試的對(duì)象。隨著像手機(jī),、PMP,、數(shù)據(jù)卡為代表的消費(fèi)類(lèi)電子設(shè)備的尺寸正朝著輕、薄,、小巧,、時(shí)尚的趨勢(shì)發(fā)展，而這正與產(chǎn)品性能越強(qiáng)所要的更大容量,、更大尺寸的電感和電容矛盾,。因此，如何在保證產(chǎn)品性能的前提下,，減小開(kāi)關(guān)電源電感的尺寸(所占據(jù)的PCB面積和高度)是本文要討論的一個(gè)重要命題,，設(shè)計(jì)者將不得不在電路性能和電感參數(shù)間進(jìn)行折中(Tradeoff)。
任何事物都具有兩面性,，開(kāi)關(guān)電源也不例外,。壞的PCB布局布線設(shè)計(jì)不但會(huì)降低開(kāi)關(guān)電源的性能，更會(huì)強(qiáng)化EMC,、EMI,、地彈(grounding)等。在對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行布局布線時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題和遵循的原則也是本文要討論的另一重要命題,。
一 開(kāi)關(guān)電源占空比D,、電感值L、效率η公式推導(dǎo)
Buck型和Boost型開(kāi)關(guān)電源具有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，本文將使用如圖1-1,、1-2所示的電路參考模型[1]：
所以，
展開(kāi)：
在一個(gè)連續(xù)模式的周期內(nèi),，開(kāi)關(guān)管打開(kāi)，電感放電,，根據(jù)基爾霍夫定律有：
此值一般為常量,。從(5)式可以得到：電感值越大，I?就越小,，因此r就越小,。但這往往導(dǎo)致需要一個(gè)很大的電感才能辦到,，所以絕大部分的Buck型開(kāi)關(guān)電源選擇r值在0.25~0.5之間,。
將(6)代入(5)式，得到：
從(4)式可以看到,，占空比只與V(i)、V(o),、V(sw)和V(D)相關(guān),，可以很容易搭建電路計(jì)算出D，這也是開(kāi)關(guān)電源控制器的核心電路之一,，但對(duì)開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用者來(lái)說(shuō),，我們可以不關(guān)心。
從(8)式可以看出,，開(kāi)關(guān)電源的效率也只與V(i),、V(o)、V(sw)和V(D)相關(guān),。事實(shí)上V(sw)和V(D)是開(kāi)關(guān)頻率f(sw)的函數(shù),，所以也是f(sw)的函數(shù)，但并不能保證f(sw)越高,，就越高,。
而對(duì)于一個(gè)給定的Buck型開(kāi)關(guān)電源,，其SWf是確定的，所以也就是定值,，尤其在忽略V(sw)和V(D)后,，值為1。很明顯這與實(shí)際情況不符,，根本原因就在于“參考模型假定儲(chǔ)能電感為理想電感”,。
把(5)式代入(1)式，可以得到：
同理,，可以推導(dǎo)出了Boost型開(kāi)關(guān)電源的D,、L、minL,，如下所示：
公式(7),、(12)分別給出了通用的Buck和Boost型開(kāi)關(guān)電源的電感最小值選取公式。
對(duì)像手機(jī),、PMP,、數(shù)據(jù)卡這類(lèi)的消費(fèi)類(lèi)電子用到的低功率開(kāi)關(guān)電源，V(sw)和V(D)都在0.1V~0.3V之間,，因此可對(duì)公式(7),、(12)進(jìn)行簡(jiǎn)化，得到：
