如何設(shè)計(jì)一個(gè)合適的電源

簡介：如何設(shè)計(jì)一個(gè)合適的電源？ 對(duì)于現(xiàn)在一個(gè)電子系統(tǒng)來說，電源部分的設(shè)計(jì)也越來越重要，我想通過和大家探 討一些自己關(guān)于電源設(shè)計(jì)的心得，來個(gè)拋磚引玉，讓我們?cè)陔娫丛O(shè)計(jì)方面能夠都 有所深入和長進(jìn)。 Q1：如何來評(píng)估一個(gè)系統(tǒng)的電源需求 Answer：對(duì)于一個(gè)實(shí)際的電子系統(tǒng)，要認(rèn)真的分析它的電源需求。不僅僅是 關(guān)心輸入電壓，輸出電壓和電流，還要仔細(xì)考慮總的功耗，電源實(shí)現(xiàn)的效率，電 源部分對(duì)負(fù)載變化的瞬態(tài)響應(yīng)能力，關(guān)鍵器件對(duì)電源波動(dòng)的容忍范圍以及相應(yīng)的 允許的電源紋波，還有散熱問題等等。功耗和效率是密切相關(guān)的，效率高了，在 負(fù)載功耗相同的情況下總功耗就少，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的功率預(yù)算就非常有利了，對(duì) 比LDO 和開關(guān)電源，開關(guān)電源的效率要高一些。同時(shí)，評(píng)估效率不僅僅是看在 滿負(fù)載的時(shí)候電源電路的效率，還要關(guān)注輕負(fù)載的時(shí)候效率水平。 至于負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)能力，對(duì)于一些高性能的CPU 應(yīng)用就會(huì)有嚴(yán)格的要求， 因?yàn)楫?dāng)CPU 突然開始運(yùn)行繁重的任務(wù)時(shí)，需要的啟動(dòng)電流是很大的，如果電源 電路響應(yīng)速度不夠，造成瞬間電壓下降過多過低，造成CPU 運(yùn)行出錯(cuò)。 一般來說，要求的電源實(shí)際值多為標(biāo)稱值的＋－5%，所以可以據(jù)此計(jì)算出 允許的電源紋波，當(dāng)然要預(yù)留余量的。 散熱問題對(duì)于那些大電流電源和LDO 來說比較重要，通過計(jì)算也是可以評(píng) 估是否合適的。 Q2：如何選擇合適的電源實(shí)現(xiàn)電路 Answer：根據(jù)分析系統(tǒng)需求得出的具體技術(shù)指標(biāo)，可以來選擇合適的電源實(shí) 現(xiàn)電路了。一般對(duì)于弱電部分，包括了LDO（線性電源轉(zhuǎn)換器），開關(guān)電源電容 降壓轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電源電感電容轉(zhuǎn)換器。相比之下，LDO 設(shè)計(jì)最易實(shí)現(xiàn)，輸出 紋波小，但缺點(diǎn)是效率有可能不高，發(fā)熱量大，可提供的電流相較開關(guān)電源不大 等等。而開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)靈活，效率高，但紋波大，實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，調(diào)試比較 煩瑣等等。 Q3：如何為開關(guān)電源電路選擇合適的元器件和參數(shù) Answer：很多的未使用過開關(guān)電源設(shè)計(jì)的工程師會(huì)對(duì)它產(chǎn)生一定的畏懼心 理，比如擔(dān)心開關(guān)電源的干擾問題，PCBlayout 問題，元器件的參數(shù)和類型選擇 問題等。其實(shí)只要了解了，使用一個(gè)開關(guān)電源設(shè)計(jì)還是非常方便的。 一個(gè)開關(guān)電源一般包含有開關(guān)電源控制器和輸出兩部分，有些控制器會(huì)將 MOSFET 集成到芯片中去，這樣使用就更簡單了，也簡化了PCB 設(shè)計(jì)，但是設(shè) 計(jì)的靈活性就減少了一些。 開關(guān)控制器基本上就是一個(gè)閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，所以一般都會(huì)有一個(gè)反饋 輸出電壓的采樣電路以及反饋環(huán)的控制電路。因此這部分的設(shè)計(jì)在于保證精確的 采樣電路，還有來控制反饋深度，因?yàn)槿绻答伃h(huán)響應(yīng)過慢的話，對(duì)瞬態(tài)響應(yīng)能 力是會(huì)有很多影響的。 而輸出部分設(shè)計(jì)包含了輸出電容，輸出電感以及MOSFET 等等，這些的選 擇基本上就是要滿足一個(gè)性能和成本的平衡，比如高的開關(guān)頻率就可以使用小的 電感值（意味著小的封裝和便宜的成本），但是高的開關(guān)頻率會(huì)增加干擾和對(duì) MOSFET 的開關(guān)損耗，從而效率降低。使用低的開關(guān)頻率帶來的結(jié)果則是相反 的。 對(duì)于輸出電容的ESR 和MOSFET 的Rds_on 參數(shù)選擇也是非常關(guān)鍵的，小 的ESR 可以減小輸出紋波，但是電容成本會(huì)增加，好的電容會(huì)貴嘛。開關(guān)電源 控制器驅(qū)動(dòng)能力也要注意，過多的MOSFET 是不能被良好驅(qū)動(dòng)的。 一般來說，開關(guān)電源控制器的供應(yīng)商會(huì)提供具體的計(jì)算公式和使用方案供工 程師借鑒的。