授人以魚(yú)不如授人以漁，實(shí)際項(xiàng)目的元器件選型，如何選擇合適的元器件   ...... 矜辰所致

前言

最近在硬件產(chǎn)品升級(jí)更新的時(shí)候，在一些元器件的選擇上花了一些時(shí)間，正好想到在網(wǎng)絡(luò)上一般很少有這種教人如何選擇合適元器件的文章與視頻，授人以魚(yú)不如授人以漁，那就我來(lái)記錄一下！

作為嵌入式工程師，那么元器件的選型也是很重要的一門(mén)學(xué)問(wèn)，我們?cè)撊绾芜x擇方案合適的元器件？這個(gè)得好好的聊聊。

本系列文章就針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用方案，來(lái)說(shuō)一說(shuō)元器件選型需要考慮的問(wèn)題。

本文以一個(gè)降壓方案的 DC-DC 選型為例子說(shuō)明。

我是矜辰所致，全網(wǎng)同名，盡量用心寫(xiě)好每一系列文章，不浮夸，不將就，認(rèn)真對(duì)待學(xué)知識(shí)的我們，矜辰所致，金石為開(kāi)！

一、應(yīng)用背景

為以前產(chǎn)品上一個(gè)電源模塊，使用的是 TPS5410，用在 24 V轉(zhuǎn) 3.3V 的場(chǎng)合，前端是開(kāi)關(guān)電源，也用過(guò)阻容降壓，就是文章 聊聊阻容降壓原理 和 實(shí)際使用的電路 中的阻容降壓電路到24V， 后端是接單片機(jī)最小系統(tǒng)，比C8051，STM32 方案等等。

這個(gè)方案算下來(lái)也接近 10 年了，當(dāng)時(shí)我在另一篇文章 《聊聊實(shí)際使用的電源轉(zhuǎn)化電路，分享一些不同場(chǎng)合下的轉(zhuǎn)3.3V電路》提到過(guò)這個(gè)方案，來(lái)看看當(dāng)時(shí)的內(nèi)容：

在當(dāng)時(shí)我就說(shuō)過(guò)要換掉，是因?yàn)楫?dāng)時(shí)缺貨，價(jià)格沒(méi)優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在我查了一下，好像有貨了，但是看看價(jià)格……：

替換還是逃不掉了，所以這選一個(gè)合適的時(shí)間把他給換了。

二、選型準(zhǔn)備

那么要替換，那也不能隨便的選一個(gè)方案啊。我們?cè)撊绾芜x一個(gè)合適的方案呢？

在博主很早很早剛參加工作的時(shí)候，也許會(huì)百度一下：推薦一款好的24V轉(zhuǎn)3.3V 的方案。 = =！

實(shí)際上這種方式也并不說(shuō)完全沒(méi)用，如果實(shí)在不會(huì)也可以這樣做，這個(gè)是一個(gè)解決方案。

但是得說(shuō)明幾點(diǎn)，一、現(xiàn)在很多回答都是廠家自己的推薦芯片，第二，而且很多問(wèn)答時(shí)間都比較早，現(xiàn)在2022年，比如你找到一個(gè)2015年的帖子，甚至更早的，里面也有推薦芯片，用當(dāng)然是可以用的，但是如果現(xiàn)在有更新的，性?xún)r(jià)比更高的，我們就不知道了。

2.1 考慮因素

考慮到我們的應(yīng)用背景，我們?cè)谶x型前選考慮一下，定一個(gè)初步方案，不要一頭霧水的亂沖。

通用因數(shù)

首先說(shuō)些通用的因數(shù)，這個(gè)在文章《聊聊實(shí)際使用的電源轉(zhuǎn)化電路，分享一些不同場(chǎng)合下的轉(zhuǎn)3.3V電路》中已經(jīng)分析過(guò)了，如下圖：

除了上面寫(xiě)這些，我們還得看看手頭這個(gè)事情的實(shí)際情況。

結(jié)合實(shí)際

其實(shí)我上面的通用因數(shù)寫(xiě)得挺詳細(xì)的，里面已經(jīng)說(shuō)了實(shí)際的應(yīng)用需要考慮的情況。在這里我根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用再提幾個(gè)點(diǎn)，因?yàn)槭钱a(chǎn)品升級(jí)替換，所以結(jié)合一下實(shí)際有下面幾個(gè)部分可以提前確定：

• 電路的大小

• 實(shí)際的使用負(fù)載

  看看電源負(fù)載功率大小

• 實(shí)際產(chǎn)品的工作環(huán)境

  工作環(huán)境比如，高溫，寒冷、干擾等因數(shù)

• 方案的修改程度

  看看是完全使用新的方案，還是說(shuō)有同類(lèi)型的系列產(chǎn)品替換

2.2 初步確定方案

經(jīng)過(guò)上面的考慮，我們基本可以確定初步的方案，這里不啰嗦，直接把每條的原因和確定的方案說(shuō)明：

• 產(chǎn)品 24V 轉(zhuǎn) 3.3V 壓差大，所以 DC-DC 更優(yōu)，以前也是用的DC-DC

• 末端跟著的是STM32 最小系統(tǒng)，沒(méi)有額外功耗， 其實(shí) 100mA 輸出就足夠，大些更好，所以這個(gè)輸出電流要求不高

• 產(chǎn)品實(shí)際大小已經(jīng)確定，大概在 2.6cm x 1.8cm 的樣子，所以太大的封裝元器件不能選

• 實(shí)際的工作環(huán)境
  這點(diǎn)需要特殊說(shuō)明一下，因?yàn)槔碚撋匣竞苌倏紤]這個(gè)，但是這里特殊說(shuō)明也不是用理論計(jì)算各種數(shù)據(jù)說(shuō)明，咱不討論那么深，只討論實(shí)際快速穩(wěn)定的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。
  此產(chǎn)品前端是需要接強(qiáng)電的，強(qiáng)電電路部分與弱電這邊在一個(gè)小外殼中，一塊PCB上，沒(méi)有物理隔離，所以這個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量需要相對(duì)的“好一點(diǎn)”（這個(gè)好一點(diǎn)涉及太多了，穩(wěn)定點(diǎn)，抗干擾強(qiáng)一點(diǎn)，這些其實(shí)產(chǎn)品都有參數(shù)說(shuō)明，但是我們這里還是不需要靠那些理論數(shù)據(jù)）。
  ☆不是說(shuō)理論的數(shù)據(jù)不重要，而是在平時(shí)，普通應(yīng)用上面，很多專(zhuān)業(yè)的參數(shù)其實(shí)都沒(méi)那么講究，大部分產(chǎn)品都是能用的☆
  除非你是特殊行業(yè)，那就對(duì)于一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，比如電源紋波，開(kāi)關(guān)頻率也需要特殊考慮。
  那么這里就得說(shuō)明，上面說(shuō)質(zhì)量相對(duì)要“好一點(diǎn)”，這個(gè)平時(shí)應(yīng)該怎么確定呢？
  我只講一下自己的看法，相對(duì)來(lái)說(shuō)說(shuō)，是相對(duì)來(lái)說(shuō)，國(guó)外大廠的產(chǎn)品質(zhì)量一般都質(zhì)量有可靠保證。

• 價(jià)格
  價(jià)格這個(gè)東西，怎么說(shuō)呢，有些時(shí)候有些關(guān)鍵元器件沒(méi)辦法，沒(méi)得選擇，必須用質(zhì)量好的貴的，但是在我們這個(gè)方案中，選擇很多，而且本身目的就是為了降低價(jià)格，所以?xún)r(jià)格在這個(gè)方案中，屬于首要考慮的問(wèn)題之一，這個(gè)我們得會(huì)選型的時(shí)候就得一個(gè)一個(gè)看價(jià)格確定。

• 方案的修改程度
  這個(gè)修改程度也是實(shí)際需要考慮的，

  以前的方案使用的是 Ti 的 TPS5410，那么我們?nèi)绻耆珦Q一個(gè)方案，那么電路可能要大幅度調(diào)整，在實(shí)際中有一定的概率，找同類(lèi)型的芯片， pin to pin 直接替換，有這種芯片就最好了，沒(méi)有的話我們?cè)龠M(jìn)行后面的選擇，所以我們找的時(shí)候在 需要把這個(gè)考慮進(jìn)去。
  Ti 作為一個(gè)很全面的元器件大廠，估計(jì) TPS5410 有很多同類(lèi)型的芯片。
  這里教大家一個(gè)方法，想看看是否有同系列類(lèi)型的芯片，可以直接上網(wǎng)搜索，比如我們替換 TPS5410，可以搜索 TPS5 、TPS54、TPS541 之類(lèi)的內(nèi)容。
  
  通過(guò)上圖我們可以知道，TPS54xx 家族有很多系列產(chǎn)品，那么結(jié)合我們的情況，那這樣是最好的了，我們就從這里選一個(gè)性?xún)r(jià)比比較合適的芯片，如果最后實(shí)在價(jià)格都很高，我們?cè)倏紤]其他的。
  那為什么先想到同類(lèi)型的里面找呢？
  TPS5410這個(gè)方案10多年了，產(chǎn)品都是不斷進(jìn)步的，很有可能廠家在之后會(huì)退出更新，更便宜的同類(lèi)型的替代品，因?yàn)檫M(jìn)步是趨勢(shì)嘛。

總結(jié)一下，經(jīng)過(guò)上面的一些說(shuō)明，我們初步確定的方案，還是先從 TI 的 TPS54xx 家族系列里面找一個(gè)性?xún)r(jià)比合適的，有貨的，如果沒(méi)有找到合適的，我們?cè)僮銎渌蛩恪?/p>

三、實(shí)際選型

經(jīng)過(guò)了上面的一些考慮，我們現(xiàn)在直接開(kāi)始挑選合適的DC-DC。

3.1 查找目標(biāo)

因?yàn)槲覀兂醪降哪繕?biāo)已經(jīng)確定了，從 TI 的TPS54xx 家族系列里面找，所以我們可以直接到 Ti 的官方查看，官網(wǎng)在網(wǎng)上搜一下就可以，然后直接搜索 TPS54 ，如下圖：

☆上面搜索的結(jié)果，我們可以通過(guò)電壓以及類(lèi)型排除一部分：

• 輸入要大于 24V
• 輸出要是可調(diào)節(jié)的或者固定 3.3V
• 最后面2個(gè) 照明 LED 驅(qū)動(dòng)去掉

3.2 篩選目標(biāo) — 價(jià)格和庫(kù)存

在這次更新中，我目的是為了降低成本和確定是否容易斷貨。

成本好說(shuō)，是否容易斷貨，這個(gè)如何判斷，其實(shí)這個(gè)我也是自己的感覺(jué)，直接在電子商城上面搜索這個(gè)物料，首先，如果沒(méi)有這個(gè)物料，說(shuō)明不通用，不通用的產(chǎn)品我不用（當(dāng)然也有可能是這個(gè)商城拿不到貨或者其他有協(xié)議之類(lèi)的問(wèn)題，但是這只是小概率事件）。

☆所以第一步，我們直接在商城搜索元器件，看看價(jià)格和是否有貨。

在上面我們查看到 TPS5410 16 元（100+），那么如果我們能找到一款 10元以?xún)?nèi)的就最好了。

比如，第一個(gè) TPS5401 價(jià)格太貴，我們就直接排除了，如下圖：

比如 TPS5402， 價(jià)格很美，但是庫(kù)存不多，在網(wǎng)站下面可以多看看其他貨源的貨期個(gè)庫(kù)存，這個(gè)可以留作參考：

比如 TPS5403 ，固定 3.3V輸出，感覺(jué)庫(kù)存也很多，而且價(jià)格還很合適，這也算是備選之一：

其他的我就不一一截圖了，自己選型的時(shí)候可以自己嘗試。

最后通過(guò)第一步的選擇，除了 TPS5410 本身，可選的器件為： TPS5402 、TPS5403、TPS5430、TPS5450 。

一下子感覺(jué)就快出結(jié)果了……，哇可以！

上面其實(shí)已經(jīng)貼圖了2中可選的，下面就把 TPS5430， TPS5450 的圖放一下：

那其實(shí)這個(gè)通過(guò)第一步，我已經(jīng)就確定了使用哪款 DC-DC 了，就是 TPS5430 ，簡(jiǎn)單說(shuō)一下原因：

• 立創(chuàng)基礎(chǔ)庫(kù)，說(shuō)明通用，用戶(hù)基礎(chǔ)大，貨期穩(wěn)定
• 價(jià)格合適 3.35（100+）
• 其他的都滿(mǎn)足應(yīng)用需求

.

當(dāng)然說(shuō)明一下，得以順利一步到位還是因?yàn)檫x擇的是 TI 這種大廠的產(chǎn)品，他們產(chǎn)品線廣，系列型號(hào)多，所以在以后替換升級(jí)的時(shí)候相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)簡(jiǎn)單一些。

3.3 篩選目標(biāo) — 性能參數(shù)

那沒(méi)辦法啊，上面的第一步就找到了我要的芯片，我這個(gè)確實(shí)是實(shí)打?qū)嵉捻?xiàng)目替換選型說(shuō)明，第一步就找到了，我這里確實(shí)沒(méi)法寫(xiě)下去了……

但是為了給大家一些建議，如果在上面選擇完畢以后，有幾款不太確定，就從他們的參數(shù)性能入手，打個(gè)比方：

對(duì)于 TPS5430 和 TPS5450 ，不用點(diǎn)進(jìn)去看詳情，就知道，其實(shí)就是輸出電流后面的更大，而我們需要的負(fù)載根本用不到這么大，所以便宜的 3A 完全可以滿(mǎn)足需求，這個(gè)時(shí)候，肯定是哪個(gè)便宜用哪個(gè)。

產(chǎn)品點(diǎn)進(jìn)去可以看到詳細(xì)參數(shù)：

如果產(chǎn)品有特殊需求，可以經(jīng)過(guò)第一次篩選以后，查看詳細(xì)參數(shù)再次篩選。

3.4 替換設(shè)計(jì)

好了，我們前面已經(jīng)選好了我們的替換元件： TPS5430 。

那么最后一步就是替換了，替換的話，就要根據(jù)新的元件的手冊(cè)設(shè)計(jì)電路。

☆ 但是，我們開(kāi)頭的選型考慮了一個(gè)因數(shù)，希望最后選完了以后電路可以盡可能的少修改，甚至是pin to pin 不修改， 所以我們從同系列的里面找的元件?！?/p>

來(lái)簡(jiǎn)單看下 TPS5410 和 TPS5430 的手冊(cè)，他們的典型電路如下：

通過(guò)這里我基本可以確定，搞不好都是 pin to pin 的實(shí)際上如果直接替換，我感覺(jué)應(yīng)該也是可以用起來(lái)的也沒(méi)有什么問(wèn)題，畢竟我們的負(fù)載要求低），但是為了使得更加穩(wěn)定，我們得看一下推薦電路

但是我們得看一下實(shí)際電路推薦：

TPS5410 輸出 5V 推薦電路（TPS5410 沒(méi)有輸出 3.3V 的推薦電路）：

TPS5430 輸出 5V 推薦電路：

TPS5430 輸出 3.3V 推薦電路：

完全按照手冊(cè)推薦的設(shè)計(jì)來(lái)選擇元器件，肯定是沒(méi)有問(wèn)題的，但是我這里并不想改動(dòng)太多，最好以前的電路直接用，那么可以不可以呢？

這里我們還有一個(gè)重要的問(wèn)題需要確定一下，就是 R1 和 R2 電阻的比例兩個(gè)芯片是否一致：

OK！ 比例是一致的關(guān)系，那對(duì)于本次的替換，我就不按手冊(cè)來(lái)，再次聲明，按照手冊(cè)來(lái)才是最最規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的，但是我這里不想改太多，我先進(jìn)行替換測(cè)試。

不按手冊(cè)來(lái)的結(jié)果，可能會(huì)導(dǎo)致電源紋波大，噪聲大，輸出電流變小，等等之類(lèi)的問(wèn)題，要考慮到自己的產(chǎn)品是否能夠接受這些可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

那最后替換設(shè)計(jì)，建議按照上面的圖 “TPS5430 輸出 3.3V 推薦電路” 來(lái)設(shè)計(jì)，博主個(gè)人作為測(cè)試，我就直接 pin to pin 進(jìn)行測(cè)試一把，我會(huì)換一下電感把 68uH 換成 18uH，然后電感后面那個(gè)電容把以前的 47uF 換成 220uF 。其實(shí)就是使用 5V 輸出推薦電路，但是電阻換成 3.3V 輸出比例的電阻。

好，就這么定了，文章到時(shí)候等樣品到了，測(cè)試結(jié)果會(huì)來(lái)文章更新。

結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)博主自己的一個(gè)產(chǎn)品部件的替換升級(jí)，手把手的教了大家如何選擇一款合適的 DC-DC，希望大家有所收獲。

當(dāng)然，不同的元器件選型的思路不一定一樣，在今后有合適做樣例的元器件，博主也會(huì)把元器件選型系列文章完善更新！

最后，希望大家多多支持！謝謝大家！
審核編輯：湯梓紅