电源设计入门PPT课件
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• 电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，相
• 对于电容上输出的直流电压Uo有：
• 电容上电压宏观上可以看作恒定。 电路稳态工作时，输出电容上电压 由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流， 这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理
1. DC-DC Power 设计原理
DC-DC power design accidence
Catalog
• 1. DC-DC Power 设计原理 • 2. DC-DC Power应用电路。 • a.LDO • b.PWM • 3.设计主要参数 • 4.主要应用元件选择 • 5.Power budget意义及制作
1. DC-DC Power 设计原理
1. DC-DC Power 设计原理
• Buck电路有两种工作模式，一种为连续模式，另一种是不连续模式。 其中，连续模式是主要应用模式。
• 连续模式可以用两种状态来进行电路分析。
• Turn On 模式等效电路
1. DC-DC Power 设计原理
• Turn ON状态下，Buck电路中电压及电流波形。
• 开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时， 电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个 开关周期内电感上磁链增量为：ΔΨ=L（Δi）>0,此增量将产生一个平 均感应电势：u= ΔΨ/Τ>0,此电势将减小电感电流的上升速度并同时降 低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为 零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。这种在稳 态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平均增量）为零的现象 称为：电感伏秒平衡。这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍 规律
1. DC-DC Power 设计原理
• 实际电路中，由于元器件并不是理想元器件，会有伴生一些系数对电 路分析造成影响，主要的因数有RDSon, RL。
• 因此，在Turn On 阶段，ΔIL(+)的表达式可以用以下公式来表达。
• 由于Turn On 阶段，电感处于充电时间，VL可以表示为VI及Swith上 由于电流和RDSon造成的压降VDS，电感本身DCR造成压降IL*RL的差 值来表达，由于ΔIL是一个随时间变化而变化的变量，它的值由Turn On 的时间Ton决定。
• 相应的Turn Off阶段的ΔIL(-)，可以用以下公式来表达。
1. DC-DC Power 设计原理
• 由以上两个方程解出
• 当定义TS为Ton+Toff，D=Ton/TS，那么1-D=Toff/Ton，以上公式可 以转化为：
1. DC-DC Power 设计原理
• 当忽略电路中伴生电阻和电感带来的干扰，可以化以上方程为理想 方程：
1. DC-DC Power 设计原理
• 那么如何定义DC电压的值？ • 首先，引入RMS： root mean square • RMS值实际就是有效值,就是一组统计数据的平方的平均值的平方根 • RMS＝（X1平方＋X2平方＋......＋Xn平方）/n 的1/2次方。 • 在直流（DC）电路中，电压或电流的定义很简单，但在交流（AC）
1. DC-DC Power 设计原理
• Turn Off 模式等效电路
1. DC-DC Power 设计原理
• Turn off 状态下， Buck电路中电压及电流波形。
1. DC-DC Power 设计原理
• 由以上波形可见，电感上的电压可以由电感的感量及电流和时间的微 分来表示。具体计算公式如下。
• Vout=Vin*D=Vin*Ton/Ts
• 由此可见，在Buck电路中Vout的值是由Ton的时间来决定，
1. DC-DC Power 设计原理
• 从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤 波器设计 的 原则是使 us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t) 的谐波分量通过； 电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t)
• 市电传输的是220V，50Hz的交流电，无法直接用于主板，必须经由 整流电路转变为直流电，普通的ATX电源提供12V，5V ，3.3V，三种 电压，专用服务器电源一般只提供12V电压，但主板上由于各种芯片 及设备的不同，要求提供各种不同规格及质量的电源，dc-dc Power design就是如何设计电路来达到主板上各种 不同设备对电源的要求及 实现ATX电源的高效利用。
电路中，其定义就较为复杂，有多种定义方式。均方根（rms）指的 是定义AC波的有效电压或电流的一种最普遍的数学方法。 • 要得出rms值需要对表示AC波形的函数执行三个数学操作： • （1）计算波形函数（一般是正弦波）的平方值。 • （2）对第一步得到的函数求时间平均值。 • （3）求第二步得到的函数的平方根。 • 在一个阻抗由纯电阻组成的电路中，AC波的rms值通常称作有效值或 DC等价值。比如，一个100V rms的AC源连接着一个电阻器，并且其 电流产生50W热量，那么对于100V连接着这个电阻器的电源来说也 将产生50W的热量。
• 一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升 高，导致后面 周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这 种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果 一个周期内放 电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、 放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到 充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡 过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到 平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。
1. DC-DC Power 设计原理
• 如表所示， 在PSU只提供12 V电压的情况下，我们需要在主板上通 过设计提供额外超过10组电压，并保证达到后端设备对于电源质量的 要求。
•
1. DC-DC Power 设计原理
• Buck 电路 • 俗称斩波器，正式名称：降压式变换电路。 • 原理结构图如下. • 主要构成元器件：modulator控制元件，开关元件，输出元件。
• 对于电容上输出的直流电压Uo有：
• 电容上电压宏观上可以看作恒定。 电路稳态工作时，输出电容上电压 由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流， 这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理
1. DC-DC Power 设计原理
DC-DC power design accidence
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• 1. DC-DC Power 设计原理 • 2. DC-DC Power应用电路。 • a.LDO • b.PWM • 3.设计主要参数 • 4.主要应用元件选择 • 5.Power budget意义及制作
1. DC-DC Power 设计原理
1. DC-DC Power 设计原理
• Buck电路有两种工作模式，一种为连续模式，另一种是不连续模式。 其中，连续模式是主要应用模式。
• 连续模式可以用两种状态来进行电路分析。
• Turn On 模式等效电路
1. DC-DC Power 设计原理
• Turn ON状态下，Buck电路中电压及电流波形。
• 开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时， 电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个 开关周期内电感上磁链增量为：ΔΨ=L（Δi）>0,此增量将产生一个平 均感应电势：u= ΔΨ/Τ>0,此电势将减小电感电流的上升速度并同时降 低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为 零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。这种在稳 态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平均增量）为零的现象 称为：电感伏秒平衡。这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍 规律
1. DC-DC Power 设计原理
• 实际电路中，由于元器件并不是理想元器件，会有伴生一些系数对电 路分析造成影响，主要的因数有RDSon, RL。
• 因此，在Turn On 阶段，ΔIL(+)的表达式可以用以下公式来表达。
• 由于Turn On 阶段，电感处于充电时间，VL可以表示为VI及Swith上 由于电流和RDSon造成的压降VDS，电感本身DCR造成压降IL*RL的差 值来表达，由于ΔIL是一个随时间变化而变化的变量，它的值由Turn On 的时间Ton决定。
• 相应的Turn Off阶段的ΔIL(-)，可以用以下公式来表达。
1. DC-DC Power 设计原理
• 由以上两个方程解出
• 当定义TS为Ton+Toff，D=Ton/TS，那么1-D=Toff/Ton，以上公式可 以转化为：
1. DC-DC Power 设计原理
• 当忽略电路中伴生电阻和电感带来的干扰，可以化以上方程为理想 方程：
1. DC-DC Power 设计原理
• 那么如何定义DC电压的值？ • 首先，引入RMS： root mean square • RMS值实际就是有效值,就是一组统计数据的平方的平均值的平方根 • RMS＝（X1平方＋X2平方＋......＋Xn平方）/n 的1/2次方。 • 在直流（DC）电路中，电压或电流的定义很简单，但在交流（AC）
1. DC-DC Power 设计原理
• Turn Off 模式等效电路
1. DC-DC Power 设计原理
• Turn off 状态下， Buck电路中电压及电流波形。
1. DC-DC Power 设计原理
• 由以上波形可见，电感上的电压可以由电感的感量及电流和时间的微 分来表示。具体计算公式如下。
• Vout=Vin*D=Vin*Ton/Ts
• 由此可见，在Buck电路中Vout的值是由Ton的时间来决定，
1. DC-DC Power 设计原理
• 从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤 波器设计 的 原则是使 us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t) 的谐波分量通过； 电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t)
• 市电传输的是220V，50Hz的交流电，无法直接用于主板，必须经由 整流电路转变为直流电，普通的ATX电源提供12V，5V ，3.3V，三种 电压，专用服务器电源一般只提供12V电压，但主板上由于各种芯片 及设备的不同，要求提供各种不同规格及质量的电源，dc-dc Power design就是如何设计电路来达到主板上各种 不同设备对电源的要求及 实现ATX电源的高效利用。
电路中，其定义就较为复杂，有多种定义方式。均方根（rms）指的 是定义AC波的有效电压或电流的一种最普遍的数学方法。 • 要得出rms值需要对表示AC波形的函数执行三个数学操作： • （1）计算波形函数（一般是正弦波）的平方值。 • （2）对第一步得到的函数求时间平均值。 • （3）求第二步得到的函数的平方根。 • 在一个阻抗由纯电阻组成的电路中，AC波的rms值通常称作有效值或 DC等价值。比如，一个100V rms的AC源连接着一个电阻器，并且其 电流产生50W热量，那么对于100V连接着这个电阻器的电源来说也 将产生50W的热量。
• 一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升 高，导致后面 周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这 种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果 一个周期内放 电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、 放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到 充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡 过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到 平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。
1. DC-DC Power 设计原理
• 如表所示， 在PSU只提供12 V电压的情况下，我们需要在主板上通 过设计提供额外超过10组电压，并保证达到后端设备对于电源质量的 要求。
•
1. DC-DC Power 设计原理
• Buck 电路 • 俗称斩波器，正式名称：降压式变换电路。 • 原理结构图如下. • 主要构成元器件：modulator控制元件，开关元件，输出元件。