在产品设计之前，我们先要搞清产品的使用对象、类型及应用范围，这将决定产品的主要决定因素，如体积、成本、使用环境、寿命、操作规范等。walnutcy

 

产品类型，一般我们分为消费电子、工业电子、汽车电子、医疗电子、军工电子等。当然我这里边的划分并不是绝对的，因为有一部分是交叉重叠的。walnutcy

 

决定产品的类型后，我们就开始划分产品的应用范围，是便携式、固定安装，或是其它？当这些基本确定下来后，产品的供电环境也就基本定型，也即可以开始讨论我们今天的话题----产品电源设计的基本流程。值得注意的是，这里我们只打算讨论一下直流供电的电源，交流供电相对复杂很多，牵涉到整流变换等。walnutcy

 

电源模块理解

把电源部分单独看成一个模块，成了一个黑匣子，我们关注就变得简单了，输入、输出、工作环境、体积占用、对外界干扰等。这其实与软件模块化是一个道理，这里我们先从软件的角度来看看模块的相关情况，再延伸到电源模块，其主要的要求如下：walnutcy

1）    输入接口及参数范围；

2）    输出接口及相关要求；

3）    模块的工作环境；walnutcy

4）    模块的工作效率；

5）    模块的自我保护及防错输入；walnutcy

6）    模块的异常报警；

7）    模块对外界的干扰及资源占用；

看起来好像描述差不多，再看看如何映射，一条一条地来吧：

1）    输入接口及参数范围：这个在软件里边就不用多讲，了解下函数定义即可； 电源设计中，就对应于输入电压范围、控制方式；walnutcy

2）    输出接口及相关要求：软件中就是函数的返回值，直接返回或通过指针返回；电源设计中，就对应于输出电压、输出电流，一般会要求空载电压、带载电压、同时会对电压纹波限制；walnutcy

3）    模块的工作环境：软件中指是工作在PC上或是嵌入式平台上、使用语言的种类、ROM和RAM的限制等；电源设计中，就有模块体积、工作温度、工作湿度等的要求；walnutcy

4）    模块的工作效率：在软件中，模块的执行时间也是一个很重要的指标要求，算法运行要求快，动画刷新显示快等；电源设计中，电源的转换效率同样是一重量级的指标，特别是在便携式电子中，电池供电的续航能力与电源效率关联密切；walnutcy

5）    模块的自我保护及防错输入：软件中，对于参数要进行检测，防止得到离奇的结果；电源设计中，需要对输入电压参数检测，进行高压保护、欠压保护、过流保护，电源还需要有自身过热保护能力；walnutcy

6）    模块的异常报警：软件中，出错需要给出错误的类型；电源设计中，一般有电源工作的指示灯，电源自保护或异常时要关闭指示灯；

7）    模块对外界的干扰及资源占用：软件中，模块占用的堆栈要有明确的要求，防止由于堆栈溢出后系统崩溃，同时要防止模块改写其他模块数据；电源设计中，要注意其辐射和传导干扰对产品EMC/EMI的影响，模块本身消耗的电流也是一个关键的指标，特别是低功耗产品中。walnutcy

 

电源需求指标

我们的目标是电源设计，而不是电源外包，所以在理解了电源系统后，我们还需要更进一步将相关需要转换为电子中常用的参数，从而在芯片的Datasheet中可以找到对应的参数，便于选型设计。上述的需求进行归纳后可以细列如下：

        输入电压范围，即Input Voltage Range，一般在首页的特点描述Features中可以找到；walnutcy

        输出电压范围，即Output Voltage Range，由于输出电压分为稳压与非稳压、可调与非可调之分，选型时应根据需求确定好；同时对于输出电压可调的芯片，注意其受温漂影响如何，使用时注意补偿；walnutcy

        最大输出电流，即Max Output Load Current，要注意的是，芯片的最大工作电流并不一定对应最大工作电压；walnutcy

        转换效率；walnutcy

        静态电流；

        输出电压稳定性：电压调整率S_u、电流调整率S_I、电压温度系数S_T、纹波抑制比S_R；walnutcy

        是否需要隔离；

        额定输出功率；walnutcy

        工作温度、湿度、体积等要求；

        控制方式、软启动、异常检测等；

        工作频率、EMI/EMC性能；walnutcy

        空载电压、负载电压；walnutcy

        噪声控制：输入噪声、输出噪声、共模噪声等；

        自保护能力：短路、过压、过流、过热；

         walnutcy

 

电源转换方式

 

基本需求整理出来，我们再来看电源的实现方式，一般可分为两种：线性电源与DC-DC。

注：线性电源与开关模式的DC-DC转换从电子工程学的角度看，均属于DC到DC的转换，但一般我们把开关方式的称之为DC-DC，线性调节的称之为线性电源。

在电源设计之前，我们先来看看这两种电源的各自特点及种类细分吧。

 

线性电源的特点：walnutcy

?        降压型，即输出电压比输入电压低；

?        反应速度快，输出纹波较小；

?        噪声低；walnutcy

?        转换效率低；walnutcy

?        发热量大（尤其是大功率电源），间接地给系统增加热噪声；

?        体积大；

?        压差与转换效率负相关；walnutcy

?         

 

线性电源分类：

?        标准线性电源；

?        LDO---低压差线性电源，转换效率相对较高，但同样随压差增大而减小；

?         

 

DC-DC的特点：walnutcy

?        可升压、降压；

?        转换效率高；

?        发热少；walnutcy

?        噪声大；walnutcy

?        有EMI/EMC干扰；

?        体积小；walnutcy

?        纹波相对较大；walnutcy

?        压差与转换效率无关；walnutcy

?         

 

DC-DC分类：walnutcy

?        降压型---Buck；

?        升压型---Boost；walnutcy

?        反压型---Cuk；

?        降压-升压型---Buck-Boost，输出与输入同相，可以高或低于输入电压；

?        Split-Pi型---Boost-Buck，允许电源双向变换，输出与输入同相，可以高或低于输入电压；

?        电荷泵；walnutcy

?         

 

 

电源模块设计walnutcy

由输入电压与负载的工作电压，我们可以确定是需要升压型、降压型，或是都需要；由于两种实现方式的EMI性能不同，产品的EMC/EMI影响也较大；产品的体积以及电池供电产品的续航能力决定了电源的效率。

低功耗产品还要注意电源芯片的静态电流。walnutcy

 

产品的PCB布板同样对电源的性能有较大的影响，Layout时要保证电源的输入、输出阻抗小，一般加宽加厚电源线、地线；同时，对于多负载应用，由于IR-Drop的存在，要注意电源的连接方式，是采用菊花链、星形，或是二者混用。 对于模拟与数字混合系统，要注意模拟地与数字地的走线，避免Ground Loop Noise，一般要求模拟地与数字地单点连接。walnutcy

 

       就产品本身而言，还需要设计短路保护、反接保护、过热保护等，以保护设备及人身的安全。walnutcy

 

       了解有限，欢迎拍砖，补充。

*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。