電源設(shè)計(jì)中你不得不注意的那些細(xì)節(jié)

電源芯片的選擇

說(shuō)到電源，先要說(shuō)的就是DC-DC和LDO兩種電源芯片的選擇。兩種電源的優(yōu)缺點(diǎn)都非常明顯。DC-DC最大的優(yōu)點(diǎn)就是效率高，可以輸出大電流，電源效率普遍能夠做到百分之九十左右，有些甚至可以達(dá)到九十五以上。缺點(diǎn)也比較明顯，需要用到的外圍器件多，所占PCB面積大，成本高，由于開(kāi)關(guān)的存在濾波控制不好的話會(huì)給系統(tǒng)引入噪聲等等。LDO則正好相反，外圍器件簡(jiǎn)單，占用面積小，成本低，沒(méi)有開(kāi)關(guān)，輸出電源的線性度更好，但是效率取決于輸入和輸出電壓的壓差，壓差大效率就低。通過(guò)比較我們可以大致做出電源的選擇。如果電源壓差較小，或者電流較小，使用LDO是個(gè)不錯(cuò)的選擇。如果壓差較大，或者電流較大，那么一般會(huì)推薦使用DC-DC。

LDO電源設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低，外圍電路一般只需要幾顆旁路電容就夠了。雖然設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但還是有些具體的地方需要注意。

第一個(gè)要考慮的就是散熱

由于LDO的特性決定，壓差部分的功耗是要通過(guò)芯片本身的散熱釋放出去的。如果壓差和電流較大，那么器件上消耗的功耗就會(huì)比較大，散熱我們就不能不考慮。舉例說(shuō)明，如果我們用3.3V通過(guò)LDO降壓到1.2V，電流是800mA，那么芯片上消耗的功率就是(3.3-1.2)*0.8=1.68W，這么大的功率消耗，如果在PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候沒(méi)有留下足夠的散熱空間，那么隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，LDO芯片就會(huì)越來(lái)越燙。雖然很多LDO的截止溫度能達(dá)到125度，但是長(zhǎng)時(shí)間在高溫下運(yùn)行，會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)壽命。調(diào)試階段也難免會(huì)燙傷到自己。為了系統(tǒng)和自身的安全，保證LDO的良好散熱是我們?cè)谧鯬CB的時(shí)候要考慮到的問(wèn)題，又是我們?nèi)菀缀雎缘牡胤健?/p>

第二個(gè)要考慮的是LDO器件的壓差

以我們常用的1117為例，能做到的最小壓差是1V。那么如果我們要用3.3V降壓到2.5V選擇1117是不合適的。得到的結(jié)果只能是2.3V左右，還要和你的電流有關(guān)。當(dāng)然現(xiàn)在新出的LDO在壓差方面有了很大的改進(jìn)，最小壓降有些已經(jīng)做到了100mV，能滿足大多數(shù)應(yīng)用的需求。

第三個(gè)要考慮的是旁路電容的選擇

LDO芯片的外圍電路就是幾顆旁路電容。這幾顆電容的選擇也要參考器件的Datasheet，一般都會(huì)有容量和型號(hào)的推薦。還是以1117為例，各家公司推出的1117雖然功能差不多，但是在輸出旁路電容的選擇上也會(huì)有所區(qū)別，有些要求輸出旁路電容采用10UF以上的鉭電容，如果采用電解電容則容量要求更高，有些要求電容的ESR大小在一定范圍，已獲得更好的高頻響應(yīng)。這些細(xì)節(jié)是我們?cè)谶x擇器件的時(shí)候需要認(rèn)真在datasheet里面找答案的。

DC-DC的應(yīng)用比LDO要稍微復(fù)雜一些，需要注意的地方也更多。我們先來(lái)看看走線對(duì)電路尤其是對(duì)電源電路的影響。PCB上的走線都會(huì)存在一定的走線電感，根據(jù)走線的寬度，厚度，和幾何形狀的不同，走線電感也會(huì)不同。一個(gè)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)值是1oz的銅厚，30mil的走線寬度，1inch的走線長(zhǎng)度的走線電感大約為20nH。這個(gè)電感值似乎并不大，但我們來(lái)看看在電源芯片上產(chǎn)生的影響。DC-DC通常都會(huì)應(yīng)用在大電流的應(yīng)用場(chǎng)景。我們來(lái)假設(shè)一個(gè)2A的應(yīng)用環(huán)境。DC-DC要能夠保證系統(tǒng)從0A到2A之間電流需求的供應(yīng)。那么1inch長(zhǎng)度的走線會(huì)使電壓產(chǎn)生多大的偏移，我們可以帶入下面的計(jì)算公式：

V=L*di/dt

其中L是走線電感，di是電流變化量，dt是開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換速度。DC-DC的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換速度一般可以取值30ns來(lái)計(jì)算。帶入公式我們可以得出V=20nH*2A/30ns=1.33V!