设计开关模式电源关键参数的五大简单步骤

输入和输出电容器、电流检测组件、以及功率 MOSFET。设计电源时，用户通常需要从开关频率fSW着手，然后选择功率电感器，之后选择输入和输出电容器。功率 MOSFET 可以在第三步进行选择/优化。

　　如图 3 所示，设计工具打开后，显示主原理图页面，在关键组件旁边是设计参数值。在这个页面上，设计参数值位于单元格 （文本框） 中，有两种不同的背景颜色。黄色表明，单元格中的值或者来自设计规格，或者是由LTpowerCAD工具计算/推荐的。用户不能直接编辑这些值。蓝色表明，单元格中的值是用户的设计选择。用户可以直接存取和编辑这些值。

　　图 3：设计步骤 2：电源级设计页面，提供原理图和关键参数值

　　对于关键电路参数 （例如： 电感器纹波电流），程序为每个器件提供了内置限制。如图 4 所示，如果用户设计的值超出了该限制，那么程序就自动发出警报，用橘黄单元格颜色显示较弱的"软"警报，或者用红色单元格颜色显示较强的"硬"警报，以此提醒和指导用户检查该值并调整设计。内置的限制/警报门限值是应用专家针对相关产品设定的建议值。有必要提到的一点是，因为这是模拟设计方案，那么有时即使有警报，设计也是可接受的，只要用户了解他们并确信与所选择的设计值。

　　图 4：自动发出的警报指导用户选择恰当的设计值

　　在这个LTpowerCAD原理图页面，所有电源组件 （例如： 电感器、电容器和 FET） 都可以从内置的库中选择，只需点击鼠标即可。截至本文撰写时为止，库中已包含由很多广受欢迎的厂商提供超过 5，000 种组件，而且还会经常添加更多组件。用户还可以输入一个新组件的关键参数，在本地 PC 上建立自己的组件库。

　　在这个 12VIN至 1V/20A 降压型电源例子中，开关频率设定为 500kHz。因此，要在 DC IO（max）上实现 40% 峰值至峰值电感器电流纹波，那么经计算得出的电感器值为0.23μH。从电感器库中选出一个0.22μH/1.1mΩ的电感器。在这个例子中，电感器绕组的 DC 电阻 （DCR） 用于电流检测。应该检查电流检测网络的值，以恰当地设定电流检测信号和电流限制。如果 AC 电流检测信号太弱，程序就会发出警报，因为这有可能导致信噪比问题，或者，如果电流限制值低于目标值，程序也会发出警报。选择输入电容器时，应该满足 RMS 电流额定值且具备最低的传导损耗。选择输出电容器时，要最大限度减小输出电压纹波和瞬态过冲/下冲。在稍后的环路补偿和负载瞬态设计阶段，这些电容器会最终确定下来。功率 MOSFET 将在下一步中选择，以实现高效率、估算功耗并进行优化。

　　步骤 3━电源效率和功耗优化

　　用户可以点击"Loss Estimation and Breakdown"选项卡，进入下一个步骤，以优化电源效率和功耗。如图 5 所示，用户选定 MOSFET 并点击"update"软键后，程序就会给出在给定输入电压时电源效率和功耗随负载电流变化的曲线，该曲线可能随着 VIN滑动条的变化而变化。详细的功耗数字饼图可进一步帮助用户了解和调整设计参数和组件，以最大限度降低某些情况下的功耗，优化总体效率。

　　图 5：设计步骤 3：优化效率和功耗

　　LTpowerCAD 功耗估算基于很多组件模型和方程。这包括功率 MOSFET、电感器、电容器和 IC 栅极驱动器的功耗。不过，要获得实时结果，器件功耗模型使用的是简化的行为模型，而不是复杂的物理模型。请注意，在LTpowerCAD中，还没有电感器 AC 功耗的模型，但是用户可以选择输入这个功耗值。因此，估计的效率有可能比实际硬件效率高几个百分点。即使如此，这个工具程序仍然提供了一种实时、快速的估算方法，可帮助用户选择和比较各种不同的可选组件，尤其是电感器和功率 MOSFET。

　　步骤 4━反馈环路设计和瞬态优化

　　下一步是设计电压反馈环路以及以良好的稳定性裕度优化负载瞬态性能。这一步常常被看作是最具挑战性的电源设计任务之一。LTpowerCAD设计工具使这个任务变得简单和容易了。

图 6 显示了环路和瞬态设计页面。环路增益的波德图可以实时调节，以通过调整补偿 R/C 值，实现所希望的环路带宽和相位裕度。详细的环路设计概念在参考资料中给出。就一个开关模式电源转换器而言，通常建议在交叉频率上有超过 45 度甚至 60 度的相位裕度，在 1/2 电源开关频率fSW上有至少 8dB 增益衰减。页面中有很多选项卡，其中有一个选项卡提供电源输出阻抗图，以向用户提供更多环路设计细节。负载瞬态图可供用户定义负载步进大小和电流转换率。用户可以针对给定设计"冻结曲线"，然后改变设计值或组件选择，产生另外的设计，并在