电源设计

需要大量数字处理的电子系统常常利用FPGA或CPLD等现场可编程器件实现，而不是利用定制专用集成电路(ASIC)。虽然定制ASIC可能比现场可编程器件具有成本优势，但现场可编程器件具有即时制造周转、低启动成本以及设计速度和方便性等优点。这些优点已使FPGA和CPLD成为实现以太网交换机和路由器、存储局域网设备和多媒体内容传输系统等复杂数字系统的首选器件。

利用FPGA或CPLD进行电路设计的流程由以下几个普通步骤组成：设计入口、设计确认、设计汇编和器件编程。设计入口阶段由捕获设计组成，不是通过利用电脑辅助设计工具创建图形化原理图，就是通过利用Verilog或VHDL等硬件描述语言来描述电路。在捕获设计之后，通过使用电路模拟来检验正确的功能性和性能加以验证。如果电路没有达到要求性能，则工程师师就回到设计入口阶段对设计加以调整，然后重复设计验证阶段。设计入口和设计验证步骤可能反复多次，才能使设计能够满足全部功能和性能要求。在获得令人满意的设计之后，工程师使用FPGA或CPLD器件供应商提供的软件对设计进行“汇编”，用于对实现设计的器件进行配置。编译形成的文档被下载到FPGA或CPLD，并给内部逻辑器件编程使之具有正确的功能性。

<strong>为现场可编程器件供电 </strong>

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<strong>作者：Rob Reeder，ADI高速信号处理部(北卡罗莱纳州格林斯博罗)资深应用工程师</strong>

<strong>内容提要</strong>

如今，在设计人员面临众多电源选择的情况下，为高速ADC设计清洁电源时可能会面临巨大挑战。在利用高效开关电源而非传统LDO的场合，这尤其重要。此外，多数ADC并未给出高频电源抑制规格，这是选择正确电源的一个关键因素。

本技术文章将描述用于测量转换器AC电源抑制性能的技术，由此为转换器电源噪声灵敏度确立一个基准。我们将对一个实际电源进行的简单噪声分析，展示如何把这些数值应用于设计当中，以验证电源是否能满足所选转换器的要求。总之，本文将描述一些简单的指导方针，以便带给用户一些指导，帮助其为高速转换器设计电源。

　滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。我们在电源滤波电路上可以看到各种各样的电容，100uF，10uF，100nF，10nF不同的容值，那么这些参数是如何确定的?

50Hz 工频电路中使用的普通电解电容器，其脉动电压频率仅为100Hz，充放电时间是毫秒数量级。为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万 μF，因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解 电容器，其锯齿波电压频率高达数十kHz，甚至是数十MHz，这时电容量并不是其主要指标，衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性，要求在开 关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。

　　普通的低频电解电容器在10kHz左右便开始呈现感性，无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子，正极铝片的两端 分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入，经过电容内部，再从另一个正端流向负载;从负载返回的电流 也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。

无论您是设计AC / DC适配器还是设计用于工业应用的高压板载电源，高压电源都是无处不在的。在为负载点（POL）转换器供电之前，您通常希望将高压输入电压降至较低的中间电压。这些前端电源的设计从其所具有的要求中提出了独特挑战。本文旨在让您了解高压电源设计的基本结构，以及设计工具如何简化这些应用的设计。在为AC / DC或高压DC / DC应用设计时，您需了解三个主要内容。

1.了解您的系统要求。

大多数人知道自己的终端设备的用武之地，以及是否需要通用电压范围（85V至265V）或区域特定电压，如美国（120V）；日本（100V）；英国（230V）或中国（220V）。此外，您的设计是针对充电器型应用还是板载电源设计呢？您的设计是针对需要紧凑输出电压调节的电源设计吗？您有什么类型的隔离要求？

每个问题的答案将帮助您在设计时做出适当权衡。通用电压范围的设计确保了全球不同国家的可操作性，但却以更高的电压/电流额定值组件为代价，其价格更高，占地面积更大。充电器型电源通常需要恒定电压/恒定电流（CV / CC）特性。因此选择一个满足这个要求的控制器必不可少。

当今的电源设计人员必须设计出提供高效率、高功率密度、高可靠性、高级通信功能和高级控制功能的电源转换产品。而且，始终需要以较低的成本、快速地将这些产品开发出来并推向市场。基于此，Microchip提供了一套完整的智能电源解决方案来帮助设计人员应对这些挑战。

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在我的上一篇关于EE时代的电源技巧博文中，我讨论了如何使用一个双开关反激式电路来提升低功耗隔离式转换器的效率。与单开关反激式电路相比，双开关反激式电路的主要代价就是需要一个浮动的高侧驱动。一个栅极驱动变压器通常用于双开关反激式电路的高侧FET，而栅极驱动变压器的使用是需要一些技巧的。如果磁芯没有在每个周期内正确复位，那么它就有可能饱和。

其中一个最常见的驱动技术就是使用一个与驱动绕组串联的AC耦合电容器。这个电容器将平均电流强制为0A，这就确保了变压器不会饱和。然而，它仍然有可能在瞬态时饱和，而驱动信号的DC信息将会在驱动变压器的次级侧上丢失。
图1显示的是在没必要使用耦合电容器时驱动一个变压器的简单方法。当驱动信号变为高电平时，小信号FET，Q2接通，而驱动电压被施加在变压器的绕组上。当驱动信号变为低电平时，它将绕组的同名端下拉至接地，并且关闭Q2。当Q2关闭时，变压器内的磁化电流正向偏置D1，在相反的方向上，将VDD施加在变压器绕组上。为了少于50%的占空比，变压器保证能够完全复位。通过增加一个与D1串联的齐纳二极管，你可以将占空比扩展到50%以上。