簡介：如何設計一個合適的電源？ 對于現在一個電子系統來說，電源部分的設計也越來越重要，我想通過和大家探 討一些自己關于電源設計的心得，來個拋磚引玉，讓我們在電源設計方面能夠都 有所深入和長進。 Q1：如何來評估一個系統的電源需求 Answer：對于一個實際的電子系統，要認真的分析它的電源需求。不僅僅是 關心輸入電壓，輸出電壓和電流，還要仔細考慮總的功耗，電源實現的效率，電 源部分對負載變化的瞬態響應能力，關鍵器件對電源波動的容忍范圍以及相應的 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的，效率高了，在 負載功耗相同的情況下總功耗就少，對于整個系統的功率預算就非常有利了，對 比LDO 和開關電源，開關電源的效率要高一些。同時，評估效率不僅僅是看在 滿負載的時候電源電路的效率，還要關注輕負載的時候效率水平。 至于負載瞬態響應能力，對于一些高性能的CPU 應用就會有嚴格的要求， 因為當CPU 突然開始運行繁重的任務時，需要的啟動電流是很大的，如果電源 電路響應速度不夠，造成瞬間電壓下降過多過低，造成CPU 運行出錯。 一般來說，要求的電源實際值多為標稱值的＋－5%，所以可以據此計算出 允許的電源紋波，當然要預留余量的。 散熱問題對于那些大電流電源和LDO 來說比較重要，通過計算也是可以評 估是否合適的。 Q2：如何選擇合適的電源實現電路 Answer：根據分析系統需求得出的具體技術指標，可以來選擇合適的電源實 現電路了。一般對于弱電部分，包括了LDO（線性電源轉換器），開關電源電容 降壓轉換器和開關電源電感電容轉換器。相比之下，LDO 設計最易實現，輸出 紋波小，但缺點是效率有可能不高，發熱量大，可提供的電流相較開關電源不大 等等。而開關電源電路設計靈活，效率高，但紋波大，實現比較復雜，調試比較 煩瑣等等。 Q3：如何為開關電源電路選擇合適的元器件和參數 Answer：很多的未使用過開關電源設計的工程師會對它產生一定的畏懼心 理，比如擔心開關電源的干擾問題，PCBlayout 問題，元器件的參數和類型選擇 問題等。其實只要了解了，使用一個開關電源設計還是非常方便的。 一個開關電源一般包含有開關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，也簡化了PCB 設計，但是設 計的靈活性就減少了一些。 開關控制器基本上就是一個閉環的反饋控制系統，所以一般都會有一個反饋 輸出電壓的采樣電路以及反饋環的控制電路。因此這部分的設計在于保證精確的 采樣電路，還有來控制反饋深度，因為如果反饋環響應過慢的話，對瞬態響應能 力是會有很多影響的。 而輸出部分設計包含了輸出電容，輸出電感以及MOSFET 等等，這些的選 擇基本上就是要滿足一個性能和成本的平衡，比如高的開關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），但是高的開關頻率會增加干擾和對 MOSFET 的開關損耗，從而效率降低。使用低的開關頻率帶來的結果則是相反 的。 對于輸出電容的ESR 和MOSFET 的Rds_on 參數選擇也是非常關鍵的，小 的ESR 可以減小輸出紋波，但是電容成本會增加，好的電容會貴嘛。開關電源 控制器驅動能力也要注意，過多的MOSFET 是不能被良好驅動的。 一般來說，開關電源控制器的供應商會提供具體的計算公式和使用方案供工 程師借鑒的。