如何设计一个合适的电源

简介：如何设计一个合适的电源？ 对于现在一个电子系统来说，电源部分的设计也越来越重要，我想通过和大家探 讨一些自己关于电源设计的心得，来个抛砖引玉，让我们在电源设计方面能够都 有所深入和长进。 Q1：如何来评估一个系统的电源需求 Answer：对于一个实际的电子系统，要认真的分析它的电源需求。不仅仅是 关心输入电压，输出电压和电流，还要仔细考虑总的功耗，电源实现的效率，电 源部分对负载变化的瞬态响应能力，关键器件对电源波动的容忍范围以及相应的 允许的电源纹波，还有散热问题等等。功耗和效率是密切相关的，效率高了，在 负载功耗相同的情况下总功耗就少，对于整个系统的功率预算就非常有利了，对 比LDO 和开关电源，开关电源的效率要高一些。同时，评估效率不仅仅是看在 满负载的时候电源电路的效率，还要关注轻负载的时候效率水平。 至于负载瞬态响应能力，对于一些高性能的CPU 应用就会有严格的要求， 因为当CPU 突然开始运行繁重的任务时，需要的启动电流是很大的，如果电源 电路响应速度不够，造成瞬间电压下降过多过低，造成CPU 运行出错。 一般来说，要求的电源实际值多为标称值的＋－5%，所以可以据此计算出 允许的电源纹波，当然要预留余量的。 散热问题对于那些大电流电源和LDO 来说比较重要，通过计算也是可以评 估是否合适的。 Q2：如何选择合适的电源实现电路 Answer：根据分析系统需求得出的具体技术指标，可以来选择合适的电源实 现电路了。一般对于弱电部分，包括了LDO（线性电源转换器），开关电源电容 降压转换器和开关电源电感电容转换器。相比之下，LDO 设计最易实现，输出 纹波小，但缺点是效率有可能不高，发热量大，可提供的电流相较开关电源不大 等等。而开关电源电路设计灵活，效率高，但纹波大，实现比较复杂，调试比较 烦琐等等。 Q3：如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数 Answer：很多的未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心 理，比如担心开关电源的干扰问题，PCBlayout 问题，元器件的参数和类型选择 问题等。其实只要了解了，使用一个开关电源设计还是非常方便的。 一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分，有些控制器会将 MOSFET 集成到芯片中去，这样使用就更简单了，也简化了PCB 设计，但是设 计的灵活性就减少了一些。 开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统，所以一般都会有一个反馈 输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的 采样电路，还有来控制反馈深度，因为如果反馈环响应过慢的话，对瞬态响应能 力是会有很多影响的。 而输出部分设计包含了输出电容，输出电感以及MOSFET 等等，这些的选 择基本上就是要满足一个性能和成本的平衡，比如高的开关频率就可以使用小的 电感值（意味着小的封装和便宜的成本），但是高的开关频率会增加干扰和对 MOSFET 的开关损耗，从而效率降低。使用低的开关频率带来的结果则是相反 的。 对于输出电容的ESR 和MOSFET 的Rds_on 参数选择也是非常关键的，小 的ESR 可以减小输出纹波，但是电容成本会增加，好的电容会贵嘛。开关电源 控制器驱动能力也要注意，过多的MOSFET 是不能被良好驱动的。 一般来说，开关电源控制器的供应商会提供具体的计算公式和使用方案供工 程师借鉴的。