电源设计提示与技巧

大多数电子工程师是可以根据主要原则而进行AC/DC电源设计的，但只有通过对设计的仔细的优化，才可以取得真正的可靠性和效率的改进。这里，XP Power把它在30至450W电源产品中开发与使用的一些优化技术拿来与大家共享，而开发这些30至450W电源产品是为了满足业界内以最小的结构因子来实现的某些最严格的要求。

基本的机械考虑：瞄准业界标准的机械外形就可以使您的电源使用于范围广泛的各种应用。使接线端子和熔丝方便操作，也将提升它的吸引力，而在滤波器网络中使用叠放的电感和电容，是一种使有效空间最大化的好方法，同时也优化了电磁兼容性(EMC)的能力。而且，这个使用于低压电路布图的同样方法是应该被扩展到电源方面的；设法保证元件的布局遵循一种“左进-右出”的流程，使电源的生产与测试比较容易。
 
图1  叠于电容顶部的电感使有效空间最大化
 
图2  受到电击穿的电解质正被推向两侧，展示了“自修复”的能力(“X”表示当电弧爆发外冲时使金属箔移除的那个区域)

输入端的无源元件：输入级中的滤波器和电容是必不可少的，这些元件在总体可靠性方面也起到了关键性的作用。但切不可遐想而使用最小型的元件，因为我们已经知道陶瓷电容对输入尖峰电压是极其无能的。另一方面，金属化聚丙烯电容不仅可以承受尖峰电压，而且表现出了“自修复”的特性，意思是，电源保持照常工作，这就弥补了相对于陶瓷电容的任何尺寸方面的代价。

足够大的铝电解电容将保证在输入端的短时间电压突变不会导致输出电压的跌落。通过选用其额定值大约为最大额定电压120%的电容，就可以经受较长的工作期限。而且，我们也使用其规范比必需的温度额定值更高的器件，这也将延长工作寿命。电解电容有20ms数量级的保持(hold-up)时间，这应该是算很大的，而且有相应大的等效串联电阻。在较高频率上，这可以引起性能的损失，所以应该使用较小的并联电容作为补偿之用，例如0.22μF的塑料薄膜电容。
 
图3  使用七个元件的缓冲网络实例(其中包括3个二极管、两个电容一个电阻和一个电感。这些是用来耗散由不希望的反向电流所产生的功率。单独的一个SiC二极管会是比较便宜)

输入端的有源元件：被用作开关而跨接在变压器初级绕组两端的晶体管的额定值，需要选择得能承受可能产生的很大的反电势。例如，在265V AC设计中，MOS场效应管将需要有1000V的额定值，因此就很贵。另外的做法是，考虑使用两个500V的MOS管，分别接在变压器初级绕组的两侧，成本的下降应该远远超过增加的元件数。而且，需要一个单独开关的、很大的和很贵的缓冲网络，可以用较小的和较便宜的钳位二极管来代替。

变换级的有源元件：功率因素校准的升压设计现正朝着炭化硅整流器(SIC)的方向发展。虽然这会增加成本，但使用SIC的费用应该能被制造、电路板面积和元件数的优点所抵消，因为这可以代替若干个分离元件，包括缓冲网络，而同时又可以净增加效率。

控制电路：利用双面和表面贴装的制造技术现在也可以用于电源。电路板的背面为控制功能提供了一个理想的容纳空间，虽然仍然需要一些工作量。

保持冷却：功率半导体的寿命是与它们的温度密切相关的。使用导热但电绝缘的压焊点允许直接与散热器或其他衬底相连。通过对元件采用焊接的方法，而不是使用热胶连接，可以使热键合牢固得很多。在强迫风冷设计中使用的风扇可以通过一种简单的控制电路而得以改善，这个电路可以根据温度来调节风扇的工作。这可以降低由风扇引起的噪声以及风扇所消耗的电力。顺便说一下，使风扇护罩稍微向后离开一些风扇，可以大大降低可闻噪声，可以对护罩的类型以及护罩与风扇之间的距离进行试验来取得最佳效果。
 
图4  护罩已经被稍微推向外侧以降低噪声

通过结合使用这些以及其他许多技术，XP Power不断地向竞争的市场提供领先的产品。随着工业界对现有的元件的不断改进，XP Power的客户也将从使用这些元件的经验中得到受益。