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不可忽略的电源设计细节

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发表于 2014-6-5 09:51:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
电源芯片的选择

说到电源,先要说的就是DC-DC和LDO两种电源芯片的选择。两种电源的优缺点都非常明显。DC-DC最大的优点就是效率高,可以输出大电流,电源效率普遍能够做到百分之九十左右,有些甚至可以达到九十五以上。缺点也比较明显,需要用到的外围器件多,所占PCB面积大,成本高,由于开关的存在滤波控制不好的话会给系统引入噪声等等。LDO则正好相反,外围器件简单,占用面积小,成本低,没有开关,输出电源的线性度更好,但是效率取决于输入和输出电压的压差,压差大效率就低。通过比较我们可以大致做出电源的选择。如果电源压差较小,或者电流较小,使用LDO是个不错的选择。如果压差较大,或者电流较大,那么一般会推荐使用DC-DC。
LDO电源设计简单,成本低,外围电路一般只需要几颗旁路电容就够了。虽然设计简单,但还是有些具体的地方需要注意。

第一个要考虑的就是散热

由于LDO的特性决定,压差部分的功耗是要通过芯片本身的散热释放出去的。如果压差和电流较大,那么器件上消耗的功耗就会比较大,散热我们就不能不考虑。举例说明,如果我们用3.3V通过LDO降压到1.2V,电流是800mA,那么芯片上消耗的功率就是(3.3-1.2)*0.8=1.68W,这么大的功率消耗,如果在PCB设计的时候没有留下足够的散热空间,那么随着系统的运行,LDO芯片就会越来越烫。虽然很多LDO的截止温度能达到125度,但是长时间在高温下运行,会严重影响系统寿命。调试阶段也难免会烫伤到自己。为了系统和自身的安全,保证LDO的良好散热是我们在做PCB的时候要考虑到的问题,又是我们容易忽略的地方。

第二个要考虑的是LDO器件的压差

以我们常用的1117为例,能做到的最小压差是1V。那么如果我们要用3.3V降压到2.5V选择1117是不合适的。得到的结果只能是2.3V左右,还要和你的电流有关。当然现在新出的LDO在压差方面有了很大的改进,最小压降有些已经做到了100mV,能满足大多数应用的需求。

第三个要考虑的是旁路电容的选择

LDO芯片的外围电路就是几颗旁路电容。这几颗电容的选择也要参考器件的Datasheet,一般都会有容量和型号的推荐。还是以1117为例,各家公司推出的1117虽然功能差不多,但是在输出旁路电容的选择上也会有所区别,有些要求输出旁路电容采用10UF以上的钽电容,如果采用电解电容则容量要求更高,有些要求电容的ESR大小在一定范围,已获得更好的高频响应。这些细节是我们在选择器件的时候需要认真在datasheet里面找答案的。DC-DC的应用比LDO要稍微复杂一些,需要注意的地方也更多。
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电感的选择

电感的选择在电源芯片的Datasheet里都会有详细的介绍,根据开关频率的不同选择的感值和封装都会有所区别。提一个容易被忽视的地方。一般的概念里电感是没有方向的,电感的两端是一样的。实际上并不是这样。一般的电感会有一个磁芯,电线缠绕在磁芯周围。那么电线总有一个起始端一个结束端。起始端的电线缠绕在磁芯的内侧,结束端的电线缠绕在磁芯的外侧。那么把电感的起始端连接在DC-DC的开关节点一端,结束端连接在DC-DC的输出电压一端,这样输出电压在物理上可以对开关节点电压有一定的屏蔽作用,降低电源系统的EMI。一般电感的起始端会有一个白点作为标注,可以注意一下。
就电源设计来说,充分考虑以上提到的几个方面,优化器件的布局,让大电流走线和开关走线尽量短,选择合适的器件,就能有效的减小电源出错的可能性。


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发表于 2014-6-9 10:18:17 | 显示全部楼层
不错。。。!
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发表于 2014-6-18 20:09:27 | 显示全部楼层
恩,楼主分析的很有道理。
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发表于 2014-9-22 09:03:21 | 显示全部楼层
看看,学习
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发表于 2014-9-22 09:28:45 | 显示全部楼层

学习了
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发表于 2014-9-22 09:55:47 | 显示全部楼层
细节决定成败
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