如何設計一個合適的系統(tǒng)電源（上）

對于現(xiàn)在一個電子系統(tǒng)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(guān)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(tǒng)的電源需求

Answer：對于一個實際的電子系統(tǒng)，要認真的分析它的電源需求。不僅僅是關(guān)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(xiàn)的效率，電源部分對負載變化的瞬態(tài)響應能力，關(guān)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(guān)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(tǒng)的功率預算就非常有利了，對比LDO和開關(guān)電源，開關(guān)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(guān)注輕負載的時候效率水平。

至于負載瞬態(tài)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(jù)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(xiàn)電路

Answer：根據(jù)分析系統(tǒng)需求得出的具體技術(shù)指標，可以來選擇合適的電源實現(xiàn)電路了。一般對于弱電部分，包括了LDO(線性電源轉(zhuǎn)換器)，開關(guān)電源電容降壓轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電源電感電容轉(zhuǎn)換器。相比之下，LDO設計最易實現(xiàn)，輸出紋波小，但缺點是效率有可能不高，發(fā)熱量大，可提供的電流相較開關(guān)電源不大等等。而開關(guān)電源電路設計靈活，效率高，但紋波大，實現(xiàn)比較復雜，調(diào)試比較煩瑣等等。

Q3：如何為開關(guān)電源電路選擇合適的元器件和參數(shù)

Answer：很多的未使用過開關(guān)電源設計的工程師會對它產(chǎn)生一定的畏懼心理，比如擔心開關(guān)電源的干擾問題，PCBlayout問題，元器件的參數(shù)和類型選擇問題等。其實只要了解了，使用一個開關(guān)電源設計還是非常方便的。

一個開關(guān)電源一般包含有開關(guān)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(guān)控制器基本上就是一個閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，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(huán)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(huán)響應過慢的話，對瞬態(tài)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(guān)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(guān)頻率會增加干擾和對MOSFET的開關(guān)損耗，從而效率降低。

使用低的開關(guān)頻率帶來的結(jié)果則是相反的。

對于輸出電容的ESR和MOSFET的Rds_on參數(shù)選擇也是非常關(guān)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(guān)電源控制器驅(qū)動能力也要注意，過多的MOSFET是不能被良好驅(qū)動的。

一般來說，開關(guān)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。