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[操作系统]电源开关设计


  之前在相关博文中有提及过相关DCDC开关电源相关 知识。在设计电源过程中,最佳的工作频率是一个重要的参数。对于低频,往往对应周围器件的尺寸增大,从而成本也增加。工作频率高,周围器件尺寸减小,但是对应的自身损耗也增加。如何 tradeoff?

  1.频率与周围器件的关系

image   在上图中,可以看到当频率在100Khz时,电感占据主要地位,随着频率升高,电感的体积也是在减小的,感值也相应的再减少。输出端的电容值也是随频率升高而降低。输入端的电容基本上保持不变。

  2.频率与损耗关系

image   对于半导体器件,损耗包括两部分,一部分是开关损耗,一部分是传导损耗,开关损耗随频率的升高而升高,传导损耗不受工作频率的影响。当开关损耗与传导损耗相等时,总损耗最低。

  通过以上两个参数,可以合理的设计电源工作频率。

  3.电源布局设计---噪声的来源和降低

  1)运放的输入与输出

  在设计电源时,良好的布局可以降低电源噪声,电源噪声主要有三种:运算放大器的输入与输出,参考电压和斜坡。如下图所示:

  image

  运放输入端可能是电源中最为敏感的点,若要减小噪声,必须最小化节点长度,并尽可能将反馈和输入组件靠近运放放置。如果反馈网络中存在高频积分内容,最理想的布局是,将反馈电阻放置到靠近运放的输入端,如果高频信号注入电阻-电容节点,高频信号就要承受电阻阻抗,而电容对于高频的容抗很小。

  2)斜坡

  斜坡通常由电容器充放电引起(电压模式),或者由电源开关的采样电流(电流模式)。电压模式影响不大,因为电容对高频输入的信号阻抗很小,但是电流模式却是个问题。如下图所示:

image对于上图中的第一个图,可以采用IC控制上升沿消隐方法来去除,对于第二个图,可以采用并联多个电容的方法去除(主要是因为非充分斜率补偿) 。

  4.电源噪声的解决办法

  第三点已经提及了几种引起电压噪声的方法,那么在排查电源噪声的时候,需要从三点入手。

  1)观察运放的输出端是否有高频变化,改变补偿组件;

  2)运放的参考电压,可以选用可靠的电压源,TL431较常用;

  3)通过改变MOS的栅极电阻也可以对开关波形有一定的作用。