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板级电源究竟该怎么选型芯片?(实战篇)

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写在前面

人们在设计板级电源时往往会有一种惯性思维: 或者选择你用过的电源芯片来建造电路; 要么直接选择公司或实验室中的一些现有模块; 但是你选择的电源器件很可能不符合你的使用场景,会造成很多问题。 当然,板级电源的设计是一个大项目,很难一下子完成。因此,这一次,我们只简要介绍了初步设计电源时常用的四种板级电源。

REF电压基准源

大多数人在设计电压基准时会下意识地忽略它,认为只要是电源,就可以作为电压基准使用REF。 先说说吧 必须提到这一点的概念: ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/60e1f0497a18190c36184dee9d1a8b3b.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=295&id=u5355d2b2&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=295&originWidth=1162&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=195453&status=done&style=none&taskId=ua7dddba4-cf4e-4b68-9f11-2caa9389800&title=&width=1162) 信号链路中最重要的环节ADC、DAC所有这些都需要电压基准,这也是我们常说的

你可以如此简单地理解,信号链路就像嵌入式系统的五种感觉(视觉嗅觉、听觉和听觉……),接受来自环境或自然界的各种信号,但自然界的许多信号都是模拟量,但我们的CPU只能识别数字信号,那怎么办? 不要害怕,我们可以通过ADC将模拟信号转换为数字信号。 转换过程需要参考电压REF的存在。

因此,我们对这个电压基准有很高的要求:

分类

![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/992d6c21f7f711b4d41f46e3ffe4929e.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=146&id=u891cc3b5&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=279&originWidth=375&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=36692&status=done&style=none&taskId=ua0a63a6b-057e-436c-9529-5b0c439001c&title=&width=196) ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/0b7e2bce6f86c9e60b62c5e02cf8bb86.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=188&id=u86782641&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=283&originWidth=573&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=23814&status=done&style=none&taskId=u5861ecde-f8b0-45b5-9592-fb773c77184&title=&width=380)

那么我们在设计这些参数基准时需要注意哪些参数指标呢?

低噪声

先提一个问题: 无论是芯片内置还是插件ADC采样,你在数据手册中非常准确。 ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/89034a9fa637f08a5d93f9c44d2376c7.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=116&id=u61e00f75&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=116&originWidth=125&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=22236&status=done&style=none&taskId=u8dc8a753-ef0e-469d-9886-f6c20e9dfb7&title=&width=125) 例如,当基准电压为3时,有一个24位采样芯片.3V最小分度如下图所示: ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/0f64e56fa4e0a33b094aac6f4960dd4b.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=172&id=u8dc3c546&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=535&originWidth=525&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=167185&status=done&style=none&taskId=ue0e071c1-150a-47f1-8f65-59bfcc5c450&title=&width=169)![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/c65b362c9796ddea43b55a413ab5372b.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=192&id=u8d4c5c91&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=285&originWidth=628&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=137356&status=done&style=none&taskId=uc1ac6f55-f425-46e3-aec7-73f0a5710a6&title=&width=424) 如果我在这个时候选择了一个REF芯片3325,其噪声参数如上图右侧所示。 2.5V的参考输出,1mA输出电流(因为是参考电压,考电压,只要输出电流不太大)μV的噪声。 显然,撑死你这次采样精度只能到16位。

初始电压精度/温度稳定性/长期漂移

这三个参数我放在一起说 在讲之前,大家可以去下载一下这个说明手册:(放心中文的,我检查过了) https://www.semiee.com/2aa13a52-d1ea-4634-9238-ebb16b16c99b.html ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/f2cca55967990e2bc286bd4a8b74fe6c.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=111&id=ue323d190&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=185&originWidth=994&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=20619&status=done&style=none&taskId=ubf7d3056-89a4-4ea1-a8d7-6636fbb833b&title=&width=595) 打开之后,看第一页就行: ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/eb2981cc739d9895b427ea6899d52e3b.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=219&id=u4bd1dbd4&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=219&originWidth=349&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=51124&status=done&style=none&taskId=uf201308a-23bc-4f0f-95b7-cedfadf1183&title=&width=349)

静态电流

静态电流其实对于采样电路来说,越小越好,因为一个外置设备,可能是想要正常工作一两年的,想要减少功耗,当然是静态电流越小越好。 ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/1bbb2f8364895e07fd9b7192187cab46.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=120&id=u348cace7&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=273&originWidth=938&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=142452&status=done&style=none&taskId=ud83b65ca-8493-45ef-b543-9d00ff16dd3&title=&width=412)

小结

综上,大家在选取电压基准源的时候,要按照以下要求:

  1. 首先,要明确你的ADC采样需要多少的精度以及最小分度;
  2. 考虑你的工作环境、温度稳定性去算这个误差,保证在你可以承受的范围之内
  3. 剩下的只要噪声、初始精度和稳定性能达到要求就行

LDO

LDO可以说是入门电源设计最简单的一种电路了,但简单并不意味着没有风险。

风险一:芯片的温升

都是影响芯片温升的相关参数。 ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/d370e627fb1bf1ee169226b5ad7e9cff.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=521&id=u13bcb0a2&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=521&originWidth=1194&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=196601&status=done&style=none&taskId=u0be64cef-1b2d-4d58-bc0d-9f931903766&title=&width=1194) 具体可以参考我的这篇笔记:[低压差线性稳压器LDO](https://www.yuque.com/docs/share/0362d18d-a27f-42b6-9ada-f0c5c1351f5c?# 《线性稳压器LDO》)

风险二:瞬态响应

其实这应该说是LDO芯片的一个参数,或者说收据手册里面的一张图。 ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/a55faa36bd4d6a9784bbf7b889225f87.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=279&id=ubb7b6900&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=517&originWidth=887&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=246434&status=done&style=none&taskId=u17edf082-decb-4c92-ab03-d44218998fb&title=&width=479) Transient Response大家可以留意一下,一些国产1117芯片的数据手册,很少有厂家敢把这个测试记录放上去。

风险三:功耗

提到功耗,就不得不说静态电流。下面是四种1117芯片的对比图: ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/47c98fa1d1d83e15b46424b6260a6da6.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=247&id=u50448efe&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=428&originWidth=816&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=151461&status=done&style=none&taskId=u539aea4a-c6ef-4475-a410-3fc6f3451fa&title=&width=471) 当然这个和电压基准源不一样,静态电流不是说越小越好,因为要考虑到后面所接负载的驱动电流,所以要综合考量。

Buck/Boost

三个类型的DC/DC开关电源对比:

![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/62ca01d77ea699392a84ddf900f18901.png#clientId=u7a118c6d-69ea-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=560&id=u17a0688c&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=560&originWidth=1389&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=357977&status=done&style=none&taskId=u041b6e01-ab4c-44df-8b0e-2a30b02c70d&title=&width=1389)

区别一:看电感值

1的电感值是47μH,而2的只需要2.2μH 同样的电流,我的电感值只有你的十分之一,体积可以大大的减小; 其次电感值越大,意味着电流要绕很多圈数,造成很大的铜损。

区别二:看输出电容

2、3明显远小于1的电容值。

区别三:看占板面积

差别更大。2、3所占空间非常小。

区别四:有无外置的续流二极管

![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/f8d5a259c0cebc483ae47b9e6c98312d.png#clientId=u74374bc3-5631-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=252&id=ud9636dc8&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=557&originWidth=1370&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=217895&status=done&style=none&taskId=u67df448b-7b23-442d-9a84-0acba938c5e&title=&width=619)

一些平时不注意的参数

开关频率与转换效率

![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/ee2b71df04502941c5c1f0987562a107.png#clientId=u74374bc3-5631-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=233&id=ub791b951&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=396&originWidth=1108&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=137091&status=done&style=none&taskId=ue579864c-b1d4-4928-aa10-d4d0e7b5519&title=&width=651) 我们先来说说,为什么会有开关频率与转换效率这两个指标,也就是说这两个指标有啥好处或者容易被什么影响? ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/eaf77ed4afa3b40d7a88851644c01548.png#clientId=u74374bc3-5631-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=135&id=u697be8b8&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=199&originWidth=837&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=69433&status=done&style=none&taskId=u1a6bab01-9a95-4adb-bb41-21fef219c9e&title=&width=567)

纹波及EMI

以前老是说纹波如何如何,但从来没有去解释过,所以这里重点介绍一下。 下图是一个非常典型的Buck电路,这类电路的基本原理就是: ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/09d30f54b1a0b62ba53187968c3e34ad.png#clientId=u9c0173ff-1267-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=245&id=uc470ee9c&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=438&originWidth=666&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=57995&status=done&style=none&taskId=ub02554c7-1320-4b61-9f6a-e2cfa9d4343&title=&width=371.8000183105469) ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/02d4ba31932f0781dba99213622986c5.png#clientId=u9c0173ff-1267-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=261&id=ucf1ed956&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=326&originWidth=478&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=68338&status=done&style=none&taskId=uade313e4-0637-43ca-bb9f-b9af933f778&title=&width=382.4) 这里的下管就类似于以前续流二极管所起的作用,是电感L释放自己能量的通路。

而我们的,可就没那么好运了。

寄生电感来源:PCB走线、芯片内部bond线、电容的寄生电感、MOSFET的内部走线

有着很高的 di/dt,Hot Loop 就是红色的那个环路。这个值越大,对EMI和噪声的影响也越大。

怎么解决纹波和EMI这个问题?

![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/0832bacdb97162e04cc3a85dd4c9a8a1.png#clientId=u9c0173ff-1267-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=246&id=u945eeb7a&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=485&originWidth=995&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=255770&status=done&style=none&taskId=ub6f284fe-1d92-4a44-968f-4b46adbd6f1&title=&width=505) ![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/e6752fee9283e5b02ac6c26167495b94.png#clientId=u9c0173ff-1267-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=225&id=u13b5011b&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=404&originWidth=960&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=335836&status=done&style=none&taskId=u14313e95-006c-47a1-94c5-75d8f4a11de&title=&width=534)

Buck 最大占空比

![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/8735286aa23437865fc3ef2e279826b7.png#clientId=u9c0173ff-1267-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=283&id=u1f1d2782&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=582&originWidth=1082&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=277833&status=done&style=none&taskId=uab381b3c-1f06-4f52-931e-6297a367423&title=&width=526)

Boost 输出隔离

![image.png](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/ba8c378ef919bc5b9a396b84576e35b2.png#clientId=u9c0173ff-1267-4&crop=0&crop=0&crop=1&crop=1&from=paste&height=254&id=ucddce358&margin=[object Object]&name=image.png&originHeight=564&originWidth=1179&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=261847&status=done&style=none&taskId=u16236065-3537-4057-a482-e8101593561&title=&width=530)

最近我整理一下个人笔记,建了一个库,需要的同学可以关注一下~https://www.yuque.com/aiyanjiudexiaohutongxue/pt7221

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原视频网址:https://www.bilibili.com/video/BV1z3411c7aa?share_source=copy_web

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