作为系统中能量源泉,电源是必须要认真设计的。
电源设计最关心的指标
在设计电源时,不管是简单的单板设计,还是复杂的电源系统,工程师需要关注参数有以下这些指标。只是不同的电源要求,关注的参数会略有不同。
第一:电压、电流值:板卡上有各种不同的电压,如12v,5v,3.3v,2.5v和1.8v的内核电压等等。因此我们在设计电源时,第一个考虑的问题是输入电压范围是多少,以及每一路输出的电压是多少,需要提供的最大电流是多少。

第二,输出噪声和纹波:特别是在信号采样时,这个参数就更重要了。从外部供电转到不同的电压轨,无论是采用什么样的方式,在输出的直流电压上往往会叠加一定的纹波电压交流分量。在模拟系统中,噪声纹波要求要高许多。
第三,转换效率:对于手持使用电池供电的移动设备而言,轻载效率影响系统待机时间,满载效率影响系统总的操作时间。

第四,瞬态响应:系统供电会存在并发式或者突发式的供电,比如MCU开始大量计算时,电流会从几十mA瞬间迸发至几A。电源供应电路在电流变化瞬间需要维持住原来的电压。瞬态响应在数字电路或者频繁开关和快速切换的电路中,尤为重要。比如有些MCU或FPGA,会要求内核电压波动范围不要超过3%。如果超过,系统可能就会宕机。
第五,工作温度:电源芯片在不同环境温度下,是否能正常的工作。
除此之外,还有这些参数也是会在设计中,需要特别注意的:占板面积、线性调整率、ShutDown关机、PowerGood指示、保护机制、EMC/EMI、上下电跟踪及时序。
LDO与DCDC对比
常用的电源芯片可分为2大类:线性稳压器、开关电源。具体的优缺点如下:

经典三端LDO芯片电路:

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内部电路:


LDO设计实用技巧
☞ 最小压降:
1)不同芯片的设计工艺和结构,压降不同,就算都叫1117,不同公司设计出来的1117,压降也不同;
2)压降和工作电流有较大关系,通常电流越大,温度越高,压降越大;
3)压降越小,在某些时候,可以优化效率。
☞ 输入电压:
1)器件耐压要考虑输入电压的最高瞬态值;
2)长导线的输入电压电缆要考虑浪涌电压;
3)通常按2倍以上取耐压值比较安全,耐压越高,通常价格越贵。

☞ 输出电流:
1)芯片的输出电流能力,表征的是理想状况,实际输出能力与输入输出压差及电流相关;
2)需要的输出电流越大,散热问题越严重。通常大电流应用,可用开关电源替代LDO
☞ 热阻参数:
在器件规格书中,会描述芯片热参数,这里先给大家解释下几个定义:
TJMAX:芯片内核正常工作的最高温度
θJA:芯片内核到芯片外壳的每W温升
θJC:芯片内核到外部环境的每W温升

规格书中标注的Tjmax越高,芯片内核耐热度越好,而θJA、θJC越小,说明芯片散热能力越强。
我们在设计的时候,需要注意相同型号器件的不同封装,热阻大不同,辅助散热能极大缓解散热压力。
☞ 纹波/噪声:
在纹波噪声这块,LDO要比开关电源小得多,通常纹波噪声在0.1mV以下,而开关电源的纹波噪声通常大于10mV。

PSRR是非常重要的噪声抑制指标,PSRR的值和频率,越是低频,PSRR值就越小,也越难抑制。
☞ 瞬态响应:
考察一个电源稳定性如何,瞬态响应是重要参数指标。瞬态响应和负载电流突变幅度、电流突变斜率有关。如果系统偶发性复位,可能是电源瞬态响应差。

☞ 电容:
使用不匹配的电容,会导致LDO振荡或性能下降
在电子设计入门当中,最基础的是电源设计,而电源当中最基础的模型就是LDO。通过今天的Loory老师的讲解,帮助大家理解LDO的重要参数和设计技巧。因为时间所限,还有很多参数不能一一展开讲。Lorry老师希望大家通过了解芯片规格书里面写到的参数,结合实践,从而提高电路设计的水平。
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文章转载自:达尔闻说
文章来源于:LDO电源设计8大准则,避雷指南|电源小白到实战 第1课
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