柚子快報(bào)邀請(qǐng)碼778899分享：筆記 電源電路設(shè)計(jì)基本要素

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系列文章目錄

1.元件基礎(chǔ) 2.電路設(shè)計(jì) 3.PCB設(shè)計(jì) 4.元件焊接 5.板子調(diào)試 6.程序設(shè)計(jì) 7.算法學(xué)習(xí) 8.編寫(xiě)exe 9.檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) 10.項(xiàng)目舉例 11.職業(yè)規(guī)劃

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前言①、LDO還是 DC/DC②、最大輸入電壓③、壓差④、電流⑤、實(shí)際電路大?、蕖⒊杀劲?、能耗與散熱⑧、貨期

前言

送給大學(xué)畢業(yè)后找不到奮斗方向的你（每周不定時(shí)更新）

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電源設(shè)計(jì)的優(yōu)化是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的核心任務(wù)之一，它直接影響到產(chǎn)品的性能指標(biāo)、可靠性和用戶(hù)體驗(yàn)。尤其是在高速、高密度和低功耗的設(shè)計(jì)趨勢(shì)下，電源設(shè)計(jì)的重要性愈發(fā)凸顯。只有通過(guò)深入理解電源系統(tǒng)與高速邏輯器件的交互，才能設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的電源解決方案，滿(mǎn)足日益復(fù)雜的電子設(shè)備需求。

我們直接從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，先把電源轉(zhuǎn)化的一些基本需要考慮的事項(xiàng)簡(jiǎn)單說(shuō)明一下，以下幾點(diǎn)完全是自己在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中會(huì)考慮的幾個(gè)方面，不保證全面，只能作為參考。

目前常見(jiàn)的單片機(jī)系統(tǒng)大多都 3.3V供電，所以我們主要就圍繞著如何產(chǎn)生3.3V的電壓來(lái)討論。 我這里以 UMW(友臺(tái)半導(dǎo)體)型號(hào)： AMS1117-3.3 資料為例：

①、LDO還是 DC/DC

老生長(zhǎng)談的問(wèn)題，選擇 LDO 還是 DC/DC。 這個(gè)問(wèn)題網(wǎng)上有很多博文，都針對(duì)性的探討過(guò)，我臨時(shí)百度了一下，找了幾篇寫(xiě)得還可以的推薦給大家：

LDO和DC-DC有什么不同？如何選型?

電源芯片選擇DC/DC還是LDO？

多余的話(huà)不說(shuō)，理論的東西大家多看看文章。

我只講講在實(shí)際中我是如何選擇 LDO 還是 DC/DC的，僅供參考：

5V轉(zhuǎn)3.3V，3.3V轉(zhuǎn)1.8V，5V轉(zhuǎn)1.8V， 這種5V內(nèi)的轉(zhuǎn)換，我會(huì)毫無(wú)疑問(wèn)的選擇LDO！ 24V轉(zhuǎn)5V，24V轉(zhuǎn)3.3V，超過(guò)12V的轉(zhuǎn)換，我會(huì)毫無(wú)疑問(wèn)的選擇 DC/DC! 12V轉(zhuǎn)3.3V、12V轉(zhuǎn)5V，這是實(shí)際中會(huì)讓我頭疼的，實(shí)際中我使用過(guò)LDO，也用過(guò)DC/DC，這要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)講。

②、最大輸入電壓

輸入電源可能有 5V 、9V 、 12V 、24V甚至更高。

首先方案輸入電壓定下來(lái)以后那么在選擇電源轉(zhuǎn)換芯片的時(shí)候第一個(gè)關(guān)注的點(diǎn)就是 最大輸入電壓，那么我們選型的時(shí)候首先就需要注意一下芯片手冊(cè)上給出的DC input Voltage（最大輸入電壓）。

AMS1117-3.3 最大支持18V輸入。

通過(guò)輸入電壓與輸出電壓這兩個(gè)參數(shù)，我們可以選中很多很多備選的芯片。

最大輸入電壓是首先需要注意的參數(shù)，卻又是實(shí)際使用中最“弱小”的參數(shù)，就像懸崖邊的圍欄，他在那里保護(hù)著你的安全，但是正常人永遠(yuǎn)不會(huì)想著（也不建議）跑那邊上去轉(zhuǎn)悠！

一般來(lái)說(shuō)，DC/DC芯片比LDO 能夠支持的輸入電壓更大。

③、壓差

相比輸入電壓，Low Dropout Voltage 壓差這個(gè)概念一般會(huì)被人忽略，這個(gè)概念是什么意思呢？

就是說(shuō)你要產(chǎn)生想到的輸出電壓，輸入電壓與輸出電壓是必須具備一定的差值，就是輸入電壓至少要比輸出電壓大多少的意思。

從手冊(cè)可知，意味著想要輸獲得3.3V-1A的功率輸出，在不考慮溫度等其他影響條件下，VIN至少要等于3.3+1.2=4.5V。

那為什么會(huì)有壓降呢？ 可以看到LDO是靠一個(gè)PMOS管的導(dǎo)通大小來(lái)控制輸出的，運(yùn)放用來(lái)控制導(dǎo)通多少。 由此可以看出輸入和輸出壓差越大，PMOS管導(dǎo)通越小，所以L(fǎng)DO芯片越燙，這也就是為什么有最大電壓限制的其中一個(gè)原因。 因?yàn)镸OS管有導(dǎo)通條件的原因再加上有導(dǎo)通電阻，電流大了壓降不就來(lái)了嘛。

這個(gè)問(wèn)題雖然不經(jīng)常遇到，但是博主還確實(shí)遇到過(guò)，很早的時(shí)候有一次在使用24V轉(zhuǎn)5V，然后5V轉(zhuǎn)3.3V 的普通電路中，在5V的出口加了一個(gè)二極管，為了起一定的保護(hù)作用，最開(kāi)始使用的不是肖特基二極管，直接用了一個(gè)4148，那么壓降在0.7V以上，所以導(dǎo)致 5V 轉(zhuǎn)3.3V電路不正常 = =！后來(lái)?yè)Q成肖特基二極管，使得壓降沒(méi)那么大，才解決問(wèn)題！簡(jiǎn)單容易出問(wèn)題?。?/p>

壓差在一般實(shí)際使用中遇到的問(wèn)題并不多，因?yàn)榉桨敢话愣际墙o定好了標(biāo)準(zhǔn)的輸入值，只有在一些特殊的低壓環(huán)境中，還要得到更精確的電壓，比如3.3V轉(zhuǎn)成3.0V， 3.3V轉(zhuǎn)成2.5V之類(lèi)的特出情況才會(huì)遇到。

一般來(lái)說(shuō)，LDO的Low Dropout Voltage 比 DC/DC 的小得多。

④、電流

電流，主要說(shuō)的是負(fù)載電流，你的方案中轉(zhuǎn)成3.3V以后，后面需要連接多大的負(fù)載。

比如一個(gè)STM32F103的最小系統(tǒng)，加上一些普通，是普通的！的外圍電路，說(shuō)大大一點(diǎn) 幾十mA 也頂天了。

除了所選擇的MCU，一些普通的阻容可以不用計(jì)算得那么仔細(xì)，如果你接了的傳感器，在傳感器資料里面有注意事項(xiàng)會(huì)特意說(shuō)明功耗問(wèn)題，如果的低功耗的傳感器，也不用那么在意?？偟膩?lái)說(shuō)就是注意所有選擇的元器件的功耗，加起來(lái)差不多大概就是你負(fù)載的功耗，但是實(shí)際上一般不會(huì)算那么仔細(xì)，注意一些特殊的大功率的器件就可以了。

大概計(jì)算了負(fù)載的功耗，就是需要多大的電流。我們選型的時(shí)候首先就需要注意一下芯片手冊(cè)上給出的Output Voltage中的Io（輸出電壓中的輸入電流）。

通過(guò)這個(gè)參數(shù)，我們又可以在備選的的芯片中篩選出一批。

講到這里，必須補(bǔ)充一個(gè)重要的點(diǎn)，就是電路設(shè)計(jì)一般都要有冗余?。。?學(xué)會(huì)放量是一個(gè)好的習(xí)慣，電壓和電流都是如此！ 打個(gè)比方，輸入電壓12V，建議選擇的芯片最大輸入電壓大于12V（在一定范圍內(nèi)越大越好），負(fù)載100mA，建議選擇的芯片的輸出電流大于100mA（在一定范圍內(nèi)越大越好）。 根據(jù)負(fù)載電流選擇合適的芯片，是保證電路能夠正常工作的重要一點(diǎn)，另外電流大小和電路的發(fā)熱是有直接聯(lián)系的，電流越大發(fā)熱也越大（功率越大），那么在電路設(shè)計(jì)的時(shí)候要多考慮散熱。

一般來(lái)說(shuō)， DC/DC 的輸出電流會(huì)比 LDO 大。

⑤、實(shí)際電路大小

實(shí)際的應(yīng)用中，電源轉(zhuǎn)換部分電路占用的實(shí)際電路大小是很重要的，如果PCB面積足夠大，那么對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是得心應(yīng)手，有種隨心所欲的感覺(jué)！

但是當(dāng)實(shí)際分需求整體的PCB面積不夠大的時(shí)候，這是最考驗(yàn)工程師的時(shí)候了！

影響實(shí)際電路大小的因素有兩個(gè)：

1、電源轉(zhuǎn)換芯片的大?。ㄐ酒庋b）

下圖是我截取了通用的 LDO 的封裝型號(hào)，DC/DC的沒(méi)有列出來(lái)，因?yàn)橄鄬?duì)來(lái)說(shuō)DC/DC封裝多一些復(fù)雜一下，下面的型號(hào)都是有對(duì)應(yīng)大小的尺寸，在選型的時(shí)候，手冊(cè)中也會(huì)告訴你。 一般來(lái)說(shuō)，你選擇的芯片的型號(hào)名稱(chēng)就 會(huì)包含封裝信息（除非這款芯片只有一種型號(hào)）。

2、電源轉(zhuǎn)換芯片的電路

影響實(shí)際電路大小還有芯片的使用電路，一般來(lái)說(shuō)LDO芯片的簡(jiǎn)單些，入口電容，出口電容即可，DC/DC的復(fù)雜一些，需要電感之類(lèi)。 所以使用DC/DC 方案的情況，周?chē)碾娐窌?huì)比使用LDO的一般來(lái)說(shuō)復(fù)雜一些，所以所需要的占用的PCB的面積也會(huì)相對(duì)大一些！

在芯片介紹里面，有芯片的推薦使用電路 TYPICAL APPLICATION CIRCUIT

實(shí)際電路大小，一般來(lái)說(shuō)?。?！轉(zhuǎn)換芯片越大，電路越大，散熱越好，只要散熱好了，產(chǎn)品整體就越穩(wěn)定了 ，再次強(qiáng)調(diào)是一般來(lái)說(shuō) ！??！ 如果說(shuō)，實(shí)在是不能選更大型號(hào)的芯片，那么在允許的范圍內(nèi)，一定要做好散熱處理，因?yàn)檫@種情況相對(duì)來(lái)說(shuō)發(fā)熱會(huì)多一些！

一般來(lái)說(shuō)， DC/DC的電路比 LDO更復(fù)雜，占用PCB面積更大。但相應(yīng)的，從各方面來(lái)說(shuō)他的散熱比LDO 更好處理。

⑥、成本

成本，沒(méi)什么好說(shuō)的，就是芯片價(jià)格！一般來(lái)說(shuō)，大廠國(guó)外的芯片價(jià)格更貴，國(guó)內(nèi)的話(huà)價(jià)格便宜。

成本不能不考慮，但是也不能舍本求末！

我聽(tīng)老人講過(guò)：國(guó)外的芯片的參數(shù)寫(xiě)出來(lái)，就放心的去用，他們的參數(shù)是根據(jù)批次測(cè)試的最差結(jié)果寫(xiě)的，而國(guó)內(nèi)的芯片參數(shù)，使用的時(shí)候需要打個(gè)折，他們的參數(shù)是根據(jù)批次測(cè)試最好的結(jié)果寫(xiě)的，良心廠家可能是根據(jù)平均參數(shù)寫(xiě)的。 = =?。ɡ先苏f(shuō)的，不是我說(shuō)的，給大家個(gè)參考）

一般同一個(gè)芯片型號(hào)，就拿我舉例子的1117來(lái)說(shuō)，不同廠家，成本會(huì)有些許差異，如下圖：

成本的考慮我的建議是，如果是本來(lái)就便宜的芯片，比如1117，5毛多錢(qián)的，選貴一點(diǎn)國(guó)外大廠的即便翻倍也無(wú)所謂，但是有的電源轉(zhuǎn)化芯片國(guó)外的很多都10多塊甚至更貴的，我們或許（是或許）可以找找國(guó)內(nèi)的或者可以替代的方案或者折中的選個(gè)中等價(jià)格的一般知名廠家的。

一般來(lái)說(shuō)，DC/DC 方案成本會(huì)比 LDO的更高！

⑦、能耗與散熱

前面的要素中我們說(shuō)的電壓，電流，電路大小，LDO還是DC/DC，綜合來(lái)說(shuō)，最后脫離不了散熱這個(gè)話(huà)題。熱量產(chǎn)生的來(lái)源有2個(gè)（有問(wèn)題請(qǐng)指正）：

1、負(fù)載的消耗 電路中的所有負(fù)載本身都有一定的功耗，有功耗就會(huì)發(fā)熱，這部分是不可避免的。不管用何種方案，都是必須消耗的能量。 2、電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的能量消耗 在我們電源轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，有一個(gè)概念叫做轉(zhuǎn)換效率！ 轉(zhuǎn)換效率越高，能量的消耗就小，因?yàn)殡娫崔D(zhuǎn)換消耗的能量是純浪費(fèi)，這些浪費(fèi)的能費(fèi)，光浪費(fèi)還不是最要緊的，要緊的是這些浪費(fèi)的能量是靠熱量的形式浪費(fèi)出去的。就是效率越低，熱量越大，一般電子產(chǎn)品都不喜歡高溫。所以這里能使得效率高一點(diǎn)，盡量使得效率高一點(diǎn)。 在超過(guò)12V轉(zhuǎn)3.3V的區(qū)域，DC/DC方案相比LDO方案來(lái)說(shuō)，效率高得太多了，發(fā)熱相對(duì)來(lái)說(shuō)也沒(méi)那么明顯，對(duì)產(chǎn)品的長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作十分重要。

在設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換電路的時(shí)候，盡量使得效率高一點(diǎn)，浪費(fèi)可恥！而且這種浪費(fèi)對(duì)我們的產(chǎn)品有害無(wú)益！ 我是很討厭能量的純浪費(fèi)，所以在有些兩者皆可用的場(chǎng)合，寧愿有些地方用貴一點(diǎn)的復(fù)雜一點(diǎn)的DC/DC，也不會(huì)想著用簡(jiǎn)單的LDO。（偏激了，其實(shí)還是要看場(chǎng)合！不要像我這么偏激）

⑧、貨期

貨期是什么鬼？ 別說(shuō)，雖然這個(gè)與技術(shù)無(wú)關(guān)，但是這是現(xiàn)實(shí)不得不考慮的一個(gè)因數(shù)，貨期表面上指的是產(chǎn)品的采購(gòu)后的交貨期，實(shí)際上這里我說(shuō)的是指我們選中了一個(gè)芯片后 產(chǎn)品供貨的穩(wěn)定性。

近幾年疫情的原因，電子元器件的產(chǎn)能大打折扣，很多芯片元器件時(shí)不時(shí)就缺貨，漲價(jià)……做產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)候產(chǎn)品供貨的穩(wěn)定性，不得不作為一個(gè)考慮的因數(shù)，否則到頭來(lái)痛苦的還是自己，改方案！

說(shuō)簡(jiǎn)單的，就是產(chǎn)品設(shè)計(jì)選型的時(shí)候必須選擇大眾一點(diǎn)的，常用一點(diǎn)的，不是客戶(hù)指定（一般客戶(hù)也不會(huì)指定這個(gè)）不要選那些冷門(mén)，小眾的用的人少的型號(hào)。

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