電源管理是指如何將電源有效分配給系統(tǒng)的不同組件。電源管理對于依賴電池電源的移動式設(shè)備至關(guān)重要。通過降低組件閑置時的能耗，優(yōu)秀的電源管理系統(tǒng)能夠?qū)?a href="/tags/電池壽命" target="_blank">電池壽命延長兩倍或三倍。電源管理技術(shù)也稱做電源控制技術(shù)，它屬于電力電子技術(shù)的范疇，是集電力變換，現(xiàn)代電子，網(wǎng)絡(luò)組建，自動控制等多學(xué)科于一體的邊緣交叉技術(shù)，現(xiàn)今已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)，能源，交通，信息，航空，國防，教育，文化等諸多領(lǐng)域。全球節(jié)能需求的不斷提高，數(shù)字技術(shù)的不斷進(jìn)步，分體式電源結(jié)構(gòu)的日益增加和電子設(shè)備必須遵守強(qiáng)制能效規(guī)范的要求，連同便攜式裝置的小型化、多功能的發(fā)展趨勢是電源管理技術(shù)發(fā)展的原動力。
電源設(shè)計(jì)的技術(shù)Q1：如何來評估一個系統(tǒng)的電源需求Answer：對于一個實(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、電源部分對負(fù)載變化的瞬態(tài)響應(yīng)能力、關(guān)鍵器件對電源波動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，對降低整個系統(tǒng)的功率預(yù)算就非常有利了(對比LDO和開關(guān)電源，開關(guān)電源的效率要高一些)。值得注意的是，評估效率不僅僅是看在滿負(fù)載的時候電源電路的效率，還要關(guān)注輕負(fù)載的時候效率水平。
至于負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)能力，對于一些高性能的CPU應(yīng)用就會有嚴(yán)格的要求，因?yàn)楫?dāng)CPU突然開始運(yùn)行繁重的任務(wù)時，需要的啟動電流是很大的，如果電源電路響應(yīng)速度不夠，造成瞬間電壓下降過多，導(dǎo)致CPU運(yùn)行出錯。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，但存在紋波大、實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜、調(diào)試比較煩瑣等缺點(diǎn)。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)的工程師會對它產(chǎn)生一定的畏懼心理，比如擔(dān)心開關(guān)電源的干擾問題、PCB layout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，使用一個開關(guān)電源設(shè)計(jì)還是非常方便的。一個開關(guān)電源一般包含有開關(guān)電源控制器和輸出兩部分，有些控制器會將MOSFET集成到芯片中去，這樣使用就更簡單了，還簡化了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閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，一般都會有一個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、控制反饋深度，因?yàn)槿绻答伃h(huán)響應(yīng)過慢的話，對瞬態(tài)響應(yīng)能力是會有很多影響的。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，這些元件的選擇基本上要滿足一個性能和成本的平衡：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)，但是較高的開關(guān)頻率會增加干擾和增大MOSFET的開關(guān)損耗，使效率降低;低的開關(guān)頻率帶來的結(jié)果則恰好相反。對于輸出電容的ESR和MOSFET的Rds_on參數(shù)選擇也是非常關(guān)鍵的：選擇小的ESR可以減小輸出紋波，但是電容成本就會增加(好的電容會貴嘛)。開關(guān)電源控制器驅(qū)動能力也是需要注意：過多的MOSFET是不能被很好驅(qū)動的。
一般來說，開關(guān)電源控制器的供應(yīng)商會提供具體的計(jì)算公式和使用方案供工程師借鑒。Q4：如何調(diào)試開關(guān)電源電路Answer：有一些經(jīng)驗(yàn)可以共享給大家：1: 電源電路的輸入輸出通過低阻值大功率電阻接到板內(nèi)，這樣在不焊電阻的情況下可以在做到電源電路后先調(diào)試，避開后面電路的影響。2: 一般來說開關(guān)控制器是閉環(huán)系統(tǒng)，如果輸出惡化的情況超過了閉環(huán)可以控制的范圍，開關(guān)電源工作就會不正常，這種情況就需要認(rèn)真檢查反饋和采樣電路。特別需要注意的是如果采用了大ESR值的輸出電容，會產(chǎn)生很多的電源紋波，這也會影響開關(guān)電源的工作的。
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