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電源設(shè)計概述
電源設(shè)計概述
電源是所有電子設(shè)備的基本要素，無論它們是使用電池、主電源還是任何其他電源為其電子電路供電。因此，正確設(shè)計電源至關(guān)重要。任何錯誤和電源都可能提供錯誤的電壓或無法提供所需的電流。它可能會產(chǎn)生過多的噪音，影響附近設(shè)備的自身電路。它甚至可能以可能導(dǎo)致危險情況的方式發(fā)生故障，例如觸電或?qū)е挛纯刂频幕馂?zāi)。錯誤設(shè)計的潛在問題列表還在繼續(xù)。
電源設(shè)計注意事項
對于連接到交流電源或其他嘈雜能源的電源，輸入濾波對于將影響電源輸出的輸入端瞬變和噪聲的影響降至最低是必不可少的。所需的濾波取決于交流輸入的性質(zhì)、連接到該電源的其他設(shè)備以及連接到輸出的電路靈敏度。例如，存在高電流開關(guān)電路的工業(yè)環(huán)境中的交流電源通常會出現(xiàn)明顯的電壓尖峰，這可能會損壞未受保護(hù)的電源。
對于基于傳統(tǒng)變壓器和整流技術(shù)的交流連接電源，應(yīng)考慮電源輸出端的過壓保護(hù)，以防止整流中的任何故障對連接的電路造成間接損壞。
PCB 熱管理是一個重要的考慮因素。電源會產(chǎn)生需要有效散熱的局部高溫。這個問題與功率損耗比等效開關(guān)模式電源電路高得多的線性穩(wěn)壓器尤其相關(guān)。由于溫度變化，電源周圍的 PCB 區(qū)域可能容易發(fā)生熱變形，從而導(dǎo)致物理移動并影響該區(qū)域的組件安裝。某些部件（例如電容器和封裝集成電路）可能對此類運動敏感，從而導(dǎo)致材料和電線開裂。
對于開關(guān)模式電源，計算最佳工作頻率需要在性能、效率、成本和物理尺寸之間進(jìn)行權(quán)衡。通常頻率越低，效率越高，頻率越高，成本和尺寸就越好。然而，濾波所需的元件往往在這些因素中占主導(dǎo)地位，因此在進(jìn)行開關(guān)電路設(shè)計之前，應(yīng)先進(jìn)行正確的濾波器設(shè)計。
電源設(shè)計指南
設(shè)計復(fù)雜的電源需要使用 SPICE 等仿真工具。為不同的設(shè)計選項和組件選擇手動重新計算將花費太長時間，并且有很大的出錯風(fēng)險。集成電路制造商提供了用于仿真和元件計算的設(shè)計工具，可以讓設(shè)計人員領(lǐng)先一步。
PCB 布局會顯著影響電源的輸出噪聲水平，包括線路紋波和發(fā)射的電磁輻射。優(yōu)化布局所花費的時間可以節(jié)省解決噪聲問題和添加額外過濾組件的時間。
在設(shè)計開關(guān)電源時，必須正確設(shè)計輸入濾波器，以確保濾波器特性結(jié)合電源的輸入阻抗在某些情況下不會導(dǎo)致諧振問題。這個問題會受到電源負(fù)載的影響，突出了使用仿真工具對復(fù)雜操作條件進(jìn)行建模的好處。
在建模設(shè)計時，不要忘記檢查電感元件的阻尼。確保電流的階躍變化不會產(chǎn)生超過電源組件最大額定值的電壓或損壞電源輸出下游連接的電路，這一點至關(guān)重要。這種瞬態(tài)效應(yīng)最常見于上電和斷電時，并可能導(dǎo)致設(shè)備過早失效。
電源設(shè)計技巧
我的前三個技巧是根據(jù)多年為初級電子工程師/技術(shù)人員提供電源設(shè)計幫助的經(jīng)驗整理而成。我希望你發(fā)現(xiàn)這些同樣有幫助。
電源性能會受負(fù)載影響，因此在設(shè)計電路時，要分析其在空載、典型負(fù)載和最大負(fù)載條件下的性能。在最大負(fù)載下在規(guī)格范圍內(nèi)運行的電源電路在其他負(fù)載條件下很可能超出規(guī)格。
電源性能會受到溫度的影響，溫度不僅受其環(huán)境（環(huán)境溫度和氣流）的影響，還受負(fù)載等因素的影響。因此，必須在所有可能的內(nèi)部（輸入電壓、元件容差、輸出負(fù)載）和外部（熱、噪聲）條件下進(jìn)行徹底的熱分析，以保證所有情況下的電源性能。
電源性能會受時間影響；也就是說，組件性能和值會隨著時間而變化。這種影響在某些類型的電容器中尤為明顯。因此，設(shè)計計算需要考慮設(shè)備整個生命周期內(nèi)的組件容差。此問題適用于電源本身和電源驅(qū)動的電路。因此，隨著負(fù)載變化，電源會看到電路性能的變化。