電源基礎(chǔ)――你不能不知道的知識(shí)

對(duì)于每個(gè)電路設(shè)計(jì)者來說，電源基本上是百分之百會(huì)遇到的問題，在以嵌入式設(shè)計(jì)為主的設(shè)計(jì)中，更是如此。對(duì)于很多的弱電設(shè)計(jì)者來說，功率電子方面的知識(shí)就很欠缺了，當(dāng)然在設(shè)計(jì)硬件時(shí)，就會(huì)遇到這樣那樣的問題。電源的問題也是博大精深，本文就電源的基礎(chǔ)知識(shí)做一簡(jiǎn)單的總結(jié)，有不正確的地方，還請(qǐng)讀者不吝賜教，共同學(xué)習(xí)交流......

電源設(shè)計(jì)中，常用的變換形式有DC-DC、AC-DC，有線性電源，也有開關(guān)電源。開關(guān)電源以其高效率，低成本等優(yōu)勢(shì)在大功率(一般大于10W)和多電壓輸出要求的設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來越多。一般來說，線性電源的效率為30%-50%左右，而開關(guān)電源則高達(dá)70%-90%，所以在手持設(shè)備，低功耗要求的設(shè)計(jì)中，幾乎都是開關(guān)電源的天下。

常用的開關(guān)電源有以下幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

1)Buck

2) boost

3)buck/boost

4) flyback

5) full-bridge

6) half-bridge

7) half-forward

8) push-pull

在電源設(shè)計(jì)中需考慮以下幾個(gè)方面：

1)輸入輸出是否隔離.未有隔離的電源，當(dāng)開關(guān)出現(xiàn)問題時(shí)(短路或是斷路)，輸入電壓就會(huì)直接連接到輸 上，給后級(jí)電路造成傷害。比如buck、boost、buck/boost等

2)電感或是變壓器上電壓大小

3)電感、二極管和開關(guān)上流經(jīng)的電流峰值大小

4)是否要求多電壓值輸出

5)電容上電壓峰值多少

常用的電源設(shè)計(jì)中，開關(guān)、反饋等控制部分被集成到一個(gè)IC中，設(shè)計(jì)者僅需根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的電容、二極管、電感即可。這三者也是構(gòu)成開關(guān)電源的基本器件。下面以LM2596為例，討論下電源外圍此三者的選型要求。

上圖是LM2596的datasheet中的典型應(yīng)用電路。LM2596是典型的buck電路，下面就以LM2596為例分別討論Cin、D1、L1和Cout的選擇。

1、 Cin

Cin電容在電路中起到的是bypass的作用，一般選擇低ESR的鋁電解電容或是鉭電容，若是選擇鋁電解電容則其耐壓值至少是輸入最大電壓的1.5倍，如選擇鉭電容則其耐壓值必須是輸入最大電壓的2倍。同時(shí)電容的RMS電流應(yīng)該至少大于負(fù)載電流的1/2.

2、 D1

該二極管應(yīng)選擇快恢復(fù)二極管，同時(shí)反向擊穿電壓至少應(yīng)該大于最大輸入電壓的1.25倍。額定電流至少是負(fù)載電流的2.3倍。肖特基二極管是best choice,這主要是因?yàn)樗麄兊膄ast switch speed和low forward voltage drop. 整流二極管1N4000系列、1N5400系列都是開關(guān)速度太慢不適合在此使用，推薦使用1N58xx系列。

3、 L1

電感一般選擇繞線型電感，耐流值一般應(yīng)大于最大負(fù)載電流的1.5倍。電感的大小有輸入電壓，最大負(fù)載電流決定?？捎衐atasheet的圖表查看得出。

4、 Cout

在大多數(shù)應(yīng)用中，推薦使用低ESR的電解電容(比如鋁電解電容)或是鉭電容。電容的大小范圍一般也是有限制的。比如LM2596電解電容需在82uF和820uF之間，鉭電容一般在10uF-470uF之間。電容的耐壓值應(yīng)該比輸出電壓大1.5倍。