电源模块如何设计( 二 )

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磁学的设计
磁心是否可靠是另一个经常被人忽略的问题。大部分输出电感器都采用铁粉磁心，因为铁粉是成本最低的物料。铁粉磁心的成份之中大约有95%属纯铁粒，而这些铁粉粒利用有机胶合剂粘合一起。这些胶合剂也将每一铁粉粒分隔，使磁心内外满布透气空间。
铁粉是构成磁心的原材料，但铁粉含有小量的杂质如锰及铬，而这些杂质会影响磁心的可靠性，影响程度视乎所含杂质的数量。我们可以利用光谱电子显微镜（SEM）仔细查看磁心的截面，以便确定杂质的相对分布情况。磁心是否可靠，关键在于材料是否可以预测以及其供应是否稳定可靠。
若铁粉磁心长期处于高温环境之中，磁心损耗可能会增加，而且损耗一旦增多，便永远无法复原，因为有机胶合剂出现份子分解，令涡流损耗增加。这种现象可称为热老化，最后可能会引致磁心出现热失控。
磁心损耗的大小受交流电通量密度、操作频率、磁心大小及物料类别等多个不同因素影响。以高频操作为例来说，大部分损耗属涡流损耗。若以低频操作，磁滞损耗反而是最大的损耗。
涡流损耗会令磁心受热，以致效率也会受影响而下跌。产生涡流损耗的原因是以铁磁物质造成的物体受不同时间的不同磁通影响令物体内产生循环不息的电流。我们只要选用一片片的铁磁薄片而非实心铁磁作为磁心的物料，便可减低涡流损耗。例如，以磁带绕成的Metglas便是这样的一种磁心。其他的铁磁产品供应商如Magnetics也生产以磁带绕成的磁心。
Micrometals等磁心产品供应商特别为设计磁性产品的工程师提供有关磁心受热老化的最新资料及计算方式。采用无机胶合剂的铁粉磁心不会有受热老化的情况出现。市场上已有这类磁心出售， Micrometals的200C系列磁心便属于这类产品。
同步降压转换器的击穿现象
负载点电源供应系统（POL）或使用点电源供应系统（PUPS）等供电系统都广泛采用同步降压转换器（图3）。这种同步降压转换器采用高端及低端的MOSFET取代传统降压转换器的箝位二极管，以便降低负载电流的损耗。

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图3同步降压转换器
工程师设计降压转换器时经常忽视“击穿”的问题。每当高端及低端MOSFET同时全面或局部启动时，便会出现“击穿”的现象，使输入电压可以将电流直接输送到接地。
击穿现象会导致电流在开关的一瞬间出现尖峰，令转换器无法发挥其最高的效率。我们不可采用电流探头测量击穿的情况，因为探头的电感会严重干扰电路的操作。我们可以检查两个场效应晶体管（FET）的门极/源极电压，看看是否有尖峰出现。这是另一个检测击穿现象的方法。（上层MOSFET的门极/源极电压可以利用差分方式加以监测。）
我们可以利用以下的方法减少击穿现象的出现。
采用设有“固定死区时间”的控制器芯片是其中一个可行的办法。这种控制器芯片可以确保上层MOSFET关闭之后会出现一段延迟时间，才让下层MOSFET重新启动。这个方法较为简单，但真正实行时则要很小心。若死区时间太短，可能无法阻止击穿现象的出现。若死区时间太长，电导损耗便会增加，因为底层场效应晶体管内置的二极管在整段死区时间内一直在启动。由于这个二极管会在死区时间内导电，因此采用这个方法的系统效率便取决于底层MOSFET的内置二极管的特性。