开关电源设计中的矛盾与折中

蜘蛛侠

概述

设计开关电源是个充满矛盾的过程，鱼和熊掌不可得兼，需要平衡折中各种指标，这个火候的掌握和拿捏需要大量经验。前面谈了优化，现在谈折中，有时反而需要减少优化程度，真是奇妙啊！

1、稳态性能与动态性能的折中

很多功率级拓扑，其稳态性能与动态性能通常难以兼顾，稳态性能好，动态性能就差，动态性能好，稳态性能就差。这种例子非常多，所以选择拓扑时，一定要根据要求和应用场合来合理选择。

即使同一个拓扑，其功率级参数设计时，也要考虑稳态性能和动态性能的折中。如：输出滤波器电感的设计，对效率而言，希望其越大越好，但对动态性能而言，则希望其小一点好，所以设计时需要折中。

2、功率密度与可靠性的折中

很多有更高功率密度的拓扑，其实现时会比较复杂，而且往往拓扑本身还有可靠性较低的隐患，所以，选择拓扑结构时也要根据可靠性和性能来进行具体折中。如一些实现软开关的拓扑，一般可实现更高的开关频率，具有更高的功率密度，但他们在实现的产品中，可靠性往往较低。

3、小信号性能与大信号性能的折中

在一个电源中，有很多性能需要满足，利用不同的控制策略，不同的补偿电路会得到不同的动态性能。有些控制策略或参数对输入端的扰动具有较强的抑制能力，有些则对负载端的扰动具有较强的抑制能力，有的参数对小信号动态稳定性很好，但在大信号下，其可能不稳定，有的参数能满足大信号的要求，但小信号下其会变差，因此，要对大小信号的动态设计进行折中。

4、高低温下的设计折中

在一个电源中，因各种参数都是与其工作时的温度有关，所以必须找出一组参数能在全部环境温度范围内满足所有性能指标，这需要做很多折中。

5、电性能与热性能之间的折中

在一个电源中，电性能（如电应力和性能）与热性能之间的要求是矛盾的。为了获得好的EMI和低的电应力，希望功率元器件的回路尽量小，但这会使得各元器件之间的热影响更厉害，各元器件的损耗会更大。将各功率元器件之间的回路加大，可减小这种热影响，改善热设计，但因寄生参数的增加，会使器件的电应力增加，效率变低，EMI性能变坏，所以，电源中热与电两个设计是非常需要折中的。

6、关键部件的折中

在开关电源中，有一些关键部件，在设计时需要折中。如：功率变压器的设计，对稳态效率性能而言，在变比等已经最优化后，希望其漏感最小，但在实现漏感最小的同时，往往会增加绕组之间的分布电容，这通常会增加共模EMI干扰和降低安全性。

另外，如驱动能力的折中。为了减小功率开关器件（MOSFET）的开关损耗，希望其开关过程尽量短，这可通过减小门级驱动电阻来实现，但在开关速度提高的同时，往往会增加电源的共模EMI，使得EMI特性变差。

7、其他折中

做好一个开关电源，还有很多其他折中要做，总之，因为开关电源是一个在一定边界（由输入电压、负载电流和环境温度组成的长方体）之内，满足规格书要求的功率电子产品，既有功率处理和信息处理，又有热处理，所以，为了做好这样的产品，必须要做很多很多的折中。这要求开发人员了解如何在折中的基础上优化，在优化的基础上折中，使开发的电源产品达到最佳的性价比。