基于电源适配器的电源拓扑结构设计

电源适配器的设计和制造要从主电路开始，其中功率变换电路是设计开关电源的核心;功率变换电路设计，就涉及到电源拓扑结构，所以电源电路设计首要是确定电路的结构，采用AC/DC还是DC/DC拓扑结构，其次是选好控制电路，采用PWM还是PFM控制方式，根据电源拓扑结构、输出功率大小、电源应用场景选择合适的控制电路。另外电源设计还包括了一些必要的辅助电路，比如，抗电磁干扰电路，整流/滤波电路、过电流/电压保护电路等。

这种方法的目的是使谐振电路因子Q 值降低，从而减小发生谐振时的滤波器阻抗，如下图所示，可以看到加入RC串联电路之后滤波器的阻抗在谐振频点已经下降。

在许多情况下，也有使用具有较高ESR的电解电容器代替，但需要注意的是，ESR是一个会随频率和温度发生变化的参数。采用伍尔特的REDEXPERT在线平台可以看到频率对于ESR带来的影响，如下图所示，图中是一颗10uF/ 50V的铝电解液电容对应ESR随频率的变化曲线。

此外，如果要增加滤波器高频处(例如大于10MHz)的滤波效果，可以考虑加入磁珠，下图中通过仿真软件LTspice给出了LC滤波器以及加入磁珠L4之后组成的LCL滤波器在噪声抑制特性上的差异，可以看到增加磁珠之后对于滤波器在高频处噪声抑制效果带来的好处，但在实际应用时需要注意电流对于磁珠阻抗的影响。

设计DC/DC开关电源中输出滤波器

输出端滤波器同样有其需要注意的地方，如下图所示，为了增强高频抑制特性，输出端加入了包含磁珠的滤波器，但考虑在输出电流较大的情况下电感以及磁珠的直流电阻RDC带来的影响，将滤波器放入了DC/DC开关电源的反馈网络之内，从而消除直流压降带来的影响。

但反馈网络内的滤波器件可能会带来不希望的相移，从而使得开关电源的环路稳定性出现问题，降低环路的增益裕量和相位裕量。在极端情况下，甚至会使得环路不稳定并导致输出电压产生振荡。实际设计中，增益裕量要求大于12dB且相位裕量大于45°的环路能够保证环路的稳定性，从而使得在外界的激励下输出不会产生振荡。下图中是针对一个稳定的BUCK电路进行反馈环路测试之后绘制的伯德图，从中可以看出增益裕量为32dB和相位裕量为56°。

所有开关电源设计的最后一步就是印制电路板(PCB)的线路设计。如果这部分设计不当，PCB也会使电源工作不稳定，发射出过量的电磁干扰(EMI)。设计者的作用就是在理解电路工作过程的基础上，保证PCB设计合理。

开关电源中，有些信号包含丰富的高频分量，因而任何一条PCB引线都可能成为天线。引线的长和宽影响它的电阻和电感量，进而关系到它们的频率响应。即使是传送直流信号的引线，也会从邻近的引线上引入RF(射频)信号，使电路发生故障，或者把这干扰信号再次辐射出去。所有传送交流信号的引线要尽可能短且宽。这意味着任何与多条功率线相连的功率器件要尽可能紧挨在一起，以减短连线长度。引线的长度直接与它的电感量和电阻量成比例，它的宽度则与电感量和电阻量成反比。引线长度就决定了其响应信号的波长，引线越长，它能接收和传送的干扰信号频率就越低，它所接收到的RF(射频)能量也越大。