為何設計可靠電源時(shí)應考慮真實(shí)的電壓源？

實(shí)際使用中，電源的來(lái)源從來(lái)都不理想。構建可靠的電力系統需要考慮包括寄生在內的實(shí)際行為。在使用電源時(shí)，我們要確保開(kāi)關(guān)穩壓器等DC-DC轉換器能夠承受一定的輸入電壓范圍，并能以足夠的電流產(chǎn)生所需的輸出電壓。

輸入電壓經(jīng)常指定為一個(gè)范圍，因為通常無(wú)法精確調節。但是，為了使電源可靠地工作，輸入電壓必須始終在開(kāi)關(guān)穩壓器允許的范圍內。

例如，12 V電源電壓的典型輸入電壓范圍為8 V至16 V。圖1所示為從12 V標稱(chēng)電壓產(chǎn)生3.3 V電壓的降壓型轉換器（降壓拓撲）。

 圖1. 與系統直流電壓源一起顯示的降壓型開(kāi)關(guān)穩壓器。

但是，在設計DC-DC轉換器時(shí)，僅考慮輸入電壓最小值和最大值是不夠的。圖1顯示降壓轉換器在正輸入處有一個(gè)開(kāi)關(guān)。此開(kāi)關(guān)可打開(kāi)或關(guān)閉。開(kāi)關(guān)速度應盡可能高，這樣開(kāi)關(guān)損耗較低。但是，這會(huì )導致脈沖電流在電源線(xiàn)上流動(dòng)。并非每個(gè)電壓源都能在不出現任何問(wèn)題的情況下提供這些脈沖電流。因此，開(kāi)關(guān)穩壓器輸入端的電壓會(huì )下降。為了盡量減少這種情況，需要在電源輸入端使用一個(gè)備用電容。圖1所示CIN就是這種電容。圖2所示為圖1中的電路，但這次同時(shí)顯示電源線(xiàn)的寄生元件和電壓源本身。

電壓源(RSERIES)的內部電阻、電源線(xiàn)（R、L電源線(xiàn)）的電感和電阻，以及任何電流限制都是電壓源必須考慮的關(guān)鍵特性，這樣才能保證開(kāi)關(guān)穩壓器正常運行。在大多數情況下，正確選擇輸入電容可以確保電路正常運行。第一種方法應該是采用開(kāi)關(guān)穩壓器IC數據手冊中的CIN的推薦電容值。但是，如果電壓源或電源線(xiàn)表現出特別特性，則仿真電壓源和開(kāi)關(guān)穩壓器的組合是可行的。圖3顯示使用ADI公司的LTspice?仿真環(huán)境執行的仿真。

圖2. 圖1中的電路，但顯示了電源線(xiàn)寄生元件和電壓源。

圖3. 使用LTspice進(jìn)行的仿真，用于檢查開(kāi)關(guān)穩壓器輸入電壓的行為。

圖3所示為 ADP2360 降壓轉換器的仿真電路。此處顯示了使用理想電壓源產(chǎn)生輸入電壓IN的簡(jiǎn)化表。由于沒(méi)有為電壓源定義內部電阻，也沒(méi)有為電壓源和開(kāi)關(guān)穩壓器之間的電源線(xiàn)提供寄生值，定義的電壓始終應用于A(yíng)DP2360的VIN引腳。因此，無(wú)需添加輸入電容(CIN)。但是，在現實(shí)世界中，由于電壓源和電源線(xiàn)并不理想，因此開(kāi)關(guān)穩壓器總是需要輸入電容。如果LTspice等仿真環(huán)境也用于檢查不同輸入電容的行為，則必須使用具有內部電阻的電壓源和具有電阻和電感寄生值的電源線(xiàn)，如圖2所示。