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低壓電源設(shè)計拓撲
在PCB設(shè)計中，低壓電源是指為組件生成所需電壓的電源電路。這通常包括為基礎(chǔ)電路供電的5V，3.3V或1.8V電壓節(jié)點。
低壓電源接受輸入電壓并將其轉(zhuǎn)換為所需值。電源通常分為線性或開關(guān)式。線性電源以連續(xù)操作將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換為直流輸出。
同時，開關(guān)電源在具有特定占空比的轉(zhuǎn)換狀態(tài)和非轉(zhuǎn)換狀態(tài)之間交替切換，以實現(xiàn)更高效的操作。開關(guān)電源的輸出是連續(xù)脈沖，需要用電容器進行平滑處理。
低壓電源對于確保整個電路正常運行至關(guān)重要。
這是開關(guān)模式電源的一些常見拓撲。
降壓轉(zhuǎn)換器 -將高電壓變?yōu)榈碗妷旱?/span>DC-DC轉(zhuǎn)換器。
升壓轉(zhuǎn)換器-將低壓轉(zhuǎn)換為高壓。
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器 -組合降壓和升壓轉(zhuǎn)換器拓撲，以產(chǎn)生大于或小于輸入的輸出電壓。輸出值取決于占空比。
無論拓撲如何，重要的是要實現(xiàn)適用守恒能量的定律。這意味著輸出的額定功率將小于輸入的額定功率，因為在轉(zhuǎn)換過程中會產(chǎn)生一些損耗。
低壓電源的散熱
選擇電壓轉(zhuǎn)換器時，重要的是要確保功率容量足以承受電路負載。但是，同樣重要的是要確保轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的熱量是可控的。線性穩(wěn)壓器會產(chǎn)生大量熱量，因為它們通常效率較低。
對于要求高功率的電路，開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器通常是最喜歡的，但這并不意味著您可以忽略散熱。每個轉(zhuǎn)換器都有一個熱結(jié)系數(shù)值，該值表示每單位功耗的溫度升高。當(dāng)溫度升高到極大工作溫度極限時，轉(zhuǎn)換器的效率下降。
您將要預(yù)期電壓轉(zhuǎn)換器的溫度可能升高，并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣砩l(fā)過多的熱量。散熱的直接方法是將散熱器連接到轉(zhuǎn)換器。添加排氣扇也有助于分散加熱的空氣，尤其是在機柜中。
散熱器是管理電壓轉(zhuǎn)換器散熱的快速方法。
在低調(diào)或?qū)?/span>成本敏感的設(shè)計中，PCB的一部分可以變成散熱器。轉(zhuǎn)換器的熱墊焊接到PCB銅多邊形上，該多邊形設(shè)計有散熱孔以散發(fā)熱量。
低壓電源PCB設(shè)計的更多技巧
整理完電壓轉(zhuǎn)換器的熱管理部分后，您需要認真研究設(shè)計的其他方面。首先，您需要確保電源電路的位置遠離敏感組件。如果使用開關(guān)模式調(diào)節(jié)器，則存在將開關(guān)噪聲耦合到其他走線的風(fēng)險。
穩(wěn)定性對于低壓電源設(shè)計很重要。清晰地讀取示波器上的電壓并不意味著在現(xiàn)場部署時仍會保持不變。因此，您需要確保將旁路電容器放置在關(guān)鍵組件附近，以極大程度地減小電源節(jié)點上的波動。
在涉及大電流負載的設(shè)計中，您需要確保將調(diào)節(jié)器連接到耗電部件的走線足夠?qū)?，以防止出現(xiàn)熱點。為了緩解此類問題，將PCB設(shè)計軟件與更高分析工具結(jié)合使用很長的路要走。