板级电源究竟该怎么选型芯片？（实战篇）
时间：2022-09-11 06:30:00
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写在前面
REF电压基准源
分类
低噪声
初始电压精度/温度稳定性
静态电流
小结
LDO
风险1：芯片温升
风险2：瞬态响应
风险三：功耗
Buck/Boost
三个类型的DC/DC开关电源比较：
区别一:看电感值
区别2:看输出电容
区别3：看占板面积
区别4：是否有外部续流二极管
一些平时不注意的参数
开关频率和转换效率
纹波及EMI
Buck 最大占空比
Boost 输出隔离
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。
经典不一定是最好的，经典也过时了！
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。
先说说吧为什么会使用电压基准REF？
必须提到这一点信号链路的概念：
信号链路中最重要的环节ADC、DAC所有这些都需要电压基准，这也是我们常说的参考电压。
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只能识别数字信号呀，那可怎么办呢？
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：精确、稳定、可靠、低噪声。
分类
并联型：使用二极管或稳压管。
串联：使用独特的芯片，给它一个电压，它给你一个稳定的参考电压输出。
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：为什么精度高？ADC不能达到预期的采样位数？
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。
为什么？很大一部分原因来自参考基准电压的噪声。
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：
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，这次你的采样精度只能达到16位。
初始电压精度/温度稳定性
我把这三个参数放在一起
在谈话之前，你可以下载这本手册：（请放心，我检查过中文）
LTC6655_PDF_数据手册_Datasheet_规格书 - 半导小芯
打开后，看看第一页：
初始电压精度由高精度决定；
温度稳定性由低漂移决定；
长期漂移指的是时间引起的电压变化。
静态电流
事实上，静态电流对于采样电路来说越小越好，因为外部设备可能需要正常工作一两年。当然，静态电流越小越好。
小结
综上所述，在选择电压基准源时，应符合以下要求：
- 首先，明确你的ADC采样需要多少精度和最小分度；
- 考虑你的工作环境和温度稳定性来计算这个误差，确保它在你能承受的范围内
- 只要噪声、初始精度和稳定性能符合要求
LDO
LDO可以说是入门电源设计中最简单的电路，但简单并不意味着没有风险。
风险1：芯片温升
输出电流能力、芯片最小压差、实际工况压差、封装热阻都是影响芯片温升的相关参数。
请参考我的笔记：低压差线性稳压器LDO
风险2：瞬态响应
其实这应该说是的LDO芯片的参数，或收据手册中的图片。
Transient Response您可以注意到，国内117芯片的一些数据手册，很少有的数据手册中放置此测试记录。
风险3：功耗
说到功耗，不得不说静态电流。以下是四种117芯片的对比图：
当然，这与电压基准源不同。静态电流并不意味着越小越好，因为应综合考虑后载荷的驱动电流。
Buck/Boost
三个类型的DC/DC开关电源对比：
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
现在大多新的DC/DC外围开关电路，都不在需要二极管了，而是采用芯片内置的MOS管来代替，我们叫这种方式为同步整流。
以前那种老方式，需要外部二极管的，我们叫非同步整流。
一些平时不注意的参数
开关频率与转换效率
这两个参数是一对需要平衡的冤家。
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？
频率可调：通过外部电路的阻容值搭配，可以实现频率可调的目的，以获得下面的好处。
频率越高，开关损耗越大，占据主导地位。频率低了，电感和容值都会增加。
纹波及EMI
以前老是说纹波如何如何，但从来没有去解释过纹波是怎么来的，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：开关管的开关与储能电感能量的释放。
在上管打开时，电流走的是蓝色的路线，通过电感和负载形成一个环路。
当上管关闭，下管打开时，因为电感的电流是不能突变的，所以会电流走绿色的线条。
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。
那么大家有没有想过为什么现在用MOS管取代以前的续流二极管了呢？
因为二极管的压差很大，而MOS管续流内阻很低，所以说替换之后，效率提高了很多。
而我们的寄生电感，也就是图里面的Lparasitic，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？
设计一：给芯片两个Vin，两个电容，形成两个相反的电流环，使产生的磁力线相互抵消。
设计二：改进封装，来降低寄生电感。
Buck 最大占空比
Boost 输出隔离
这段时间我正在整理我的一些个人笔记建了一个语雀的库，需要的同学可以关注一下~嵌入式硬件知识 · 语雀
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