開關電源設計中的矛盾與折中

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概述

設計開關電源是個充滿矛盾的過程，魚和熊掌不可得兼，需要平衡折中各種指標，這個火候的掌握和拿捏需要大量經驗。前面談了優化，現在談折中，有時反而需要減少優化程度，真是奇妙啊！

1、穩態性能與動態性能的折中

很多功率級拓撲，其穩態性能與動態性能通常難以兼顧，穩態性能好，動態性能就差，動態性能好，穩態性能就差。這種例子非常多，所以選擇拓撲時，一定要根據要求和應用場合來合理選擇。

即使同一個拓撲，其功率級參數設計時，也要考慮穩態性能和動態性能的折中。如：輸出濾波器電感的設計，對效率而言，希望其越大越好，但對動態性能而言，則希望其小一點好，所以設計時需要折中。

2、功率密度與可靠性的折中

很多有更高功率密度的拓撲，其實現時會比較複雜，而且往往拓撲本身還有可靠性較低的隱患，所以，選擇拓撲結構時也要根據可靠性和性能來進行具體折中。如一些實現軟開關的拓撲，一般可實現更高的開關頻率，具有更高的功率密度，但他們在實現的產品中，可靠性往往較低。

3、小信號性能與大信號性能的折中

在一個電源中，有很多性能需要滿足，利用不同的控制策略，不同的補償電路會得到不同的動態性能。有些控制策略或參數對輸入端的擾動具有較強的抑制能力，有些則對負載端的擾動具有較強的抑制能力，有的參數對小信號動態穩定性很好，但在大信號下，其可能不穩定，有的參數能滿足大信號的要求，但小信號下其會變差，因此，要對大小信號的動態設計進行折中。

4、高低溫下的設計折中

在一個電源中，因各種參數都是與其工作時的溫度有關，所以必須找出一組參數能在全部環境溫度範圍內滿足所有性能指標，這需要做很多折中。

5、電性能與熱性能之間的折中

在一個電源中，電性能（如電應力和性能）與熱性能之間的要求是矛盾的。為了獲得好的EMI和低的電應力，希望功率元器件的迴路盡量小，但這會使得各元器件之間的熱影響更厲害，各元器件的損耗會更大。將各功率元器件之間的迴路加大，可減小這種熱影響，改善熱設計，但因寄生參數的增加，會使器件的電應力增加，效率變低，EMI性能變壞，所以，電源中熱與電兩個設計是非常需要折中的。

6、關鍵部件的折中

在開關電源中，有一些關鍵部件，在設計時需要折中。如：功率變壓器的設計，對穩態效率性能而言，在變比等已經最優化後，希望其漏感最小，但在實現漏感最小的同時，往往會增加繞組之間的分布電容，這通常會增加共模EMI干擾和降低安全性。

另外，如驅動能力的折中。為了減小功率開關器件（MOSFET）的開關損耗，希望其開關過程盡量短，這可通過減小門級驅動電阻來實現，但在開關速度提高的同時，往往會增加電源的共模EMI，使得EMI特性變差。

7、其他折中

做好一個開關電源，還有很多其他折中要做，總之，因為開關電源是一個在一定邊界（由輸入電壓、負載電流和環境溫度組成的長方體）之內，滿足規格書要求的功率電子產品，既有功率處理和信息處理，又有熱處理，所以，為了做好這樣的產品，必須要做很多很多的折中。這要求開發人員了解如何在折中的基礎上優化，在優化的基礎上折中，使開發的電源產品達到最佳的性價比。

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