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直流開關(guān)電源(SMPS, Switched-Mode Power Supply)是一種非常高效的電源變換器,其理論值更是接近100%,種類繁多。按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分,有Boost、Buck、Boost-Buck、Charge-pump等;按開關(guān)控制方式分,有PWM、PFM;按開關(guān)管類別分,有BJT、FET、IGBT等。本次討論以數(shù)據(jù)卡電源管理常用的PWM控制Buck、Boost型為主。
直流開關(guān)電源的主要部件包括:輸入源、開關(guān)管、儲能電感、控制電路、二極管、負(fù)載和輸出電容。目前絕大部分半導(dǎo)體廠商會將開關(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,極大簡化了外部電路。其中儲能電感作為直流開關(guān)電源的一個關(guān)鍵器件,對電源性能的好壞有重要作用,同時也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師重點(diǎn)關(guān)注和調(diào)試的對象。隨著像手機(jī)、PMP、數(shù)據(jù)卡為代表的消費(fèi)類電子設(shè)備的尺寸正朝著輕、薄、小巧、時尚的趨勢發(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,減小直流開關(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,直流開關(guān)電源也不例外。壞的PCB布局布線設(shè)計(jì)不但會降低直流開關(guān)電源的性能,更會強(qiáng)化EMC、EMI、地彈(grounding)等。