想要設計出一款高性能的開關電源產品，要求開發(fā)人員思考如何在折中的基礎上優(yōu)化，在優(yōu)化的基礎上折中，使開發(fā)的電源產品達到最佳的性價比。本文就開發(fā)一個開關電源產品所需要進行的各種優(yōu)化和折中進行了深刻分析。

1：開發(fā)一個開關電源產品所需要進行的各種優(yōu)化

1）：功率級參數(shù)的優(yōu)化：

在選定功率級拓撲后，可利用前面的知識和穩(wěn)態(tài)工作點選擇，對功率級參數(shù)進行優(yōu)化，使得：

---開關功率器件的損耗最??；

---功率變壓器和濾波電感、濾波電容等的體積最?。?

---電源整機的功率密度最高；

---功率級的Layout最合理，等等。

在這些優(yōu)化中，最重要的是功率變壓器的優(yōu)化，其變比，其繞法都會直接影響其它功率元器件的選擇和整個功率級的效率及功率密度。合理地選擇功率開關器件和它們的驅動電路及吸收電路，對功率級的性能也很重要。

2）：環(huán)路參數(shù)的優(yōu)化：

在選定功率級拓撲和控制策略后，可利用前面的知識并在功率級參數(shù)優(yōu)化的基礎上，對環(huán)路參數(shù)進行優(yōu)化，使得：

---盡量減小閉環(huán)電壓音頻隔離度從而減小PFC濾波電容；

---盡量減小閉環(huán)輸出阻抗從而減小DC輸出濾波電容；

---盡量提高電源的閉環(huán)響應速度從而減小DC輸出濾波電容；

在環(huán)路優(yōu)化中，最重要的是補償器參數(shù)，調制器參數(shù)（如外部斜波補償含量）和光耦電路參數(shù)的優(yōu)化，其中電源整機的PCB Layout對環(huán)路的影響非常大，只有在好的PCB Layout下面，通過環(huán)路各部分參數(shù)的優(yōu)化，才能使電源環(huán)增益的帶寬盡可能大，從而實現(xiàn)更好的動態(tài)性能和更高的功率密度。

3）：輔助電源參數(shù)的優(yōu)化：

在采用繞組供電的開關電源產品中，必須對輔助電源的質量進行優(yōu)化，使得：

---輔助電源對開關電源穩(wěn)態(tài)性能的影響最??；

---輔助電源對開關電源動態(tài)性能的影響最??；

---輔助電源不會影響開關電源整機的可靠性；

采用變壓器繞組或電感繞組的輔助電源，其輸出電壓的質量一般不太好，通過對輔助電源的優(yōu)化，要保證自供電后的電源整機性能變化最小，可靠性沒有問題。

4）：其它優(yōu)化：

---電源內各種保護電路的優(yōu)化；

---EMI濾波器電路的優(yōu)化；

---電源內部熱環(huán)境的優(yōu)化；

---電源其它功能電路（如均流、同步、熱插拔、遠端補償?shù)鹊龋┑膬?yōu)化；

---PCB Layout的優(yōu)化，等等。

2：開發(fā)一個開關電源產品所需要進行的各種折中

1）：折中一：穩(wěn)態(tài)性能與動態(tài)性能的折中

很多功率級拓撲，其穩(wěn)態(tài)性能與動態(tài)性能通常難以兼顧。穩(wěn)態(tài)性能好的，動態(tài)性能就差，動態(tài)性能好的，穩(wěn)態(tài)性能就差，這種例子非常多，所以選擇拓撲時一定要根據(jù)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(shù)設計時，也要考慮穩(wěn)態(tài)性能和動態(tài)性能的折中，如輸出濾波電感的設計，對效率而言，希望其越大越好，但對動態(tài)性能而言，則希望其小一點好，所以設計時需要折中。

2）：折中二：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(xiàn)時會比較復雜，而且往往拓撲本身還有可靠性較低的隱患。所以選擇拓撲時也要根據(jù)可靠性和性能來進行具體折中。如一些能實現(xiàn)軟開關的拓撲，一般可實現(xiàn)更高的開關頻率，具有更高的功率密度，但他們在實現(xiàn)的產品中，可靠性往往較低。

3）：折中三：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(tài)性能。有些控制策略或參數(shù)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(shù)對小信號動態(tài)穩(wěn)定性很好，但在大信號下，且可能不穩(wěn)定，有的參數(shù)能滿足大信號的要求，但小信號下且會變差，因此要對大小信號的動態(tài)設計進行折中。

4）：折中四：高低溫下的設計折中

在一個電源中，因各種參數(shù)都與其工作時的溫度有關，所以必須找出一組參數(shù)能在全部環(huán)境溫度范圍內滿足所有性能指標，這需要做很多折中。

5）：折中五：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EMI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，希望功率元器件形成的回路盡量小，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回路加大，可減小這種熱影響，改善熱設計，但因寄生參數(shù)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）：折中六：關鍵部件的設計折中

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(wěn)態(tài)效率性能而言，在變比等已經最優(yōu)化后，希望其漏感最小，但在實現(xiàn)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干擾和降低安全要求；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，這可通過減小門極驅動電阻來實現(xiàn)，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）：其它折中：

做好一個開關電源，還有很多其它折中要做，總之因為開關電源是一個在一定邊界（有輸入電壓，負載電流和環(huán)境溫度組成的長方體）之內滿足規(guī)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(fā)人員如何在折中的基礎上優(yōu)化，在優(yōu)化的基礎上折中，使開發(fā)的電源產品達到最佳的性價比。?