这个简单的SMPS有什么问题？

我最近一直在阅读电力电子学，作为一项挑战（也是一项学习练习），我设计了我的第一个开关电源-在这种情况下为降压转换器。

它旨在提供3.5-4.0V（由二极管参考源决定）和最高3A的电流，以便使用任何直流电源（从5V USB充电器到9V PP3电池）驱动某些功率LED。我需要高效的电源，因为加热和电池寿命将是一个实际问题（否则我会很懒，并且要使用7805+二极管）。

注意：我已经注意到我的开关逻辑方向错误，我需要将连接交换到比较器中或用于!Q驱动MOSFET。

我之所以选择MOSFET而不是BJT是因为BJT中的功率损耗以及产生的热问题。 是否因提高效率而决定在BJT / IGBT上使用MOSFET是正确的选择？

我决定不使用许多业余爱好者论坛建议的PWM芯片，而是决定使用比较器/时钟/闩锁组合在“充电”和“放电”之间快速切换。 这种方法有什么特别的缺点吗？ CMOS锁存器（D触发器）在来自时钟发生器（CMOS施密特反相器+反馈）的脉冲上升沿将数据复制到输出。

为时钟和降压低通选择时间常数/转折频率（分别为10-100kHz和10Hz）旨在支持较小的纹波近似值，同时还允许输出电容器自上电起在合理的时间内充电。 这是决定这些组件的值的正确考虑因素集吗？

另外，我将如何计算电感器的值？ 我认为这取决于典型的输出电流和低通电容器的值，但我不太清楚如何做。

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过去，我使用所示的MOSFET对（除软件PWM外）来创建H桥，用于双向变速电动机控制-只要我保持PWM周期远大于MOSFET开关时间即可，开关过程中因短路造成的功率浪费可以忽略不计。不过在这种情况下，我将用肖特基二极管代替N-mosfet，因为我以前从未使用过肖特基二极管，并且想了解它们的性能。

我使用一个简单的反相器+ RC组合来提供时钟信号，因为我不需要特别一致或精确的频率，只要它大大高于降压-升压的高切角频率即可。

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• 我将其构建在面包板上，令我惊讶的是，它可以立即正常工作而没有任何问题，并且效率约为92％（相比之下，根据开关/组件损耗计算得出的效率为94％）。

• 请注意，出于懒惰，我在输出阶段省略了电阻器-我也不太想起为什么将其放在第一位。

• 我省略了与P-MOSFET并联的反向二极管，还使用了1N5817肖特基二极管（注：额定电流为1A）代替N-MOSFET。它的热量不足以让我的指尖察觉到。我在组装最终单元时订购了更高额定值的二极管，该单元将在满负载下运行。

• 在测试过程中，我不小心吹了LM393比较器，但是LM358AN立刻就取代了它，没有任何问题。

• 由于我找不到可以在Arch Linux x64上运行（甚至在本机Linux软件的情况下甚至要安装）的任何体面的电路设计+布局/布线软件，因此我手动进行了布局，因此可能无法正常工作到它被焊接的时候了...但这只是增加了“乐趣”，我猜！

• 使用的分量值：Clock gen {1kR，100nF}; 降压输出{330uH，47uF}; 输入电容器[未显示] {47uF}；P-MOSFET {STP80PF55}; N-MOSFET {相反，肖特基二极管，1N5817-替换为> = 3A版本}；集成电路{40106 NXP，4013 NXP，LM358AN}

是的，存在稳定性问题并且两个FET都导通时会出现片刻，但是在电路的下拉部分（即同步降压转换器）上使用FET而不是肖特基二极管的好处是：-

1. 无论您的PWM占空比是多少，输出电压都将保持为输入电压的一小部分不变-实际上，您将输出上的L和C用作方波输入的低通滤波器。
2. 无论您连接了什么负载，只要FET的电阻低，就可以在不需要更改PWM标记空间比的情况下。
3. 在较重的负载下，它比非同步降压稳压器更有效，但不利的一面是，在轻负载下，它的效率较低，因为由于栅极电容而需要电流来驱动N沟道FET。

我还主张将555定时器锯齿波发生器构建为系统的基础。像这样：-

然后，我将其馈入快速比较器，然后使用比较器输出来驱动两个FET。两个FET可以在比较器的输出上以较小的RC时间延迟进行“时间隔离”-无延迟的输出和延迟的输出将为一个栅极驱动器的AND门馈电，而对于另一个栅极驱动器的AND门馈电，但使用或非门。计划引入50ns的时间延迟。

您得到的是一个半体面的同步降压转换器，只需要一个输入到另一个比较器输入即可获得所需的占空比变化。到目前为止还好吗？然后，您可以应用一个简单的控制环路，当输入电压变大时，它会降低比较器的第二个输入。使其工作，然后应用另一个小的控制环路，该环路实际上会随着负载电流tad的变化而实际调节PWM，这可能会起作用，并且不涉及负反馈。

然后，作为最后的接触，并小心谨慎地应用整个控制回路，以使输出更好地保持稳定，但请记住，使用同步降压，您几乎可以获得半个体面的稳定性能，而无需使用负反馈的控制回路-如果您我想推荐这种方法。

但是，对我来说，我只想拜访凌力尔特公司（Linear Technology）并得到已经完成工作的设备。

该原理图的主要问题在于，在切换期间会有一个时刻，两个MOSFET都将导通电流，然后会使电源短路。通常，此时刻很短，不会烧毁MOSFET，但是效率会受到影响，并且电源中会出现高浪涌。

反向用肖特基二极管替换下部的MOSFET。

是的，使用MOSFET可以提高效率，但是原理图需要特殊的驱动器，以使开关晶体管之间的死区时间导通。

我曾经在http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps_e/smps_e.html上计算smps

我已经使用该网站设计了用于LED照明的反激式转换器和降压转换器，这一直是最好的解决方案。在此处找到所需线圈的尺寸（铁芯和绕组）。

我认为生成PWM信号的一种更好的方法是实际构建适当的控制环路。我不清楚您的电路实际上是否会稳定在您想要的位置。

您应该做的是构建一个简单的P或PI控制器。取您的输出电压和参考电压，然后将它们通过差分放大器获得误差电压。然后通过一个电位计运行它，以便您可以调节增益。如果您想使其更准确，请通过另一个电位器，一个积分器，然后将它们都放入求和放大器。这将为您提供与误差和误差积分成比例的输出，并且增益可调。然后，将其运行到比较器的一个输入。比较器的另一个输入将是来自张弛振荡器的三角波。比较器的输出将驱动MOSFET，可能使用MOSFET驱动器，并可能需要一些附加逻辑来防止直通。您'