電源管理


電源管理
全球節能需求的不斷提高,數字技術的不斷進步,分體式電源結構的日益增加和電子設備必須遵守強制能效規範的要求,連同便攜式裝置的小型化、多功能的發展趨勢是電源管理技術發展的原動力。
隨著無線充電技術的逐步完善,電源管理迎來新的機遇和挑戰


           
            
电源设计的技术



Q1:如何來評估壹個系統的電源需求
Answer:對於壹個實際的電子系統,要認真的分析它的電源需求。不僅僅是關心輸入電壓、輸出電壓和電流,還要仔細考慮總的功耗、電源實現的效率、電源部分對負載變化的瞬態響應能力、關鍵器件對電源波動的容忍範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的,效率高了,在負載功耗相同的情況下總功耗就少,對降低整個系統的功率預算就非常有利了(對比LDO和開關電源,開關電源的效率要高壹些)。值得註意的是,評估效率不僅僅是看在滿負載的時候電源電路的效率,還要關註輕負載的時候效率水平。
至於負載瞬態響應能力,對於壹些高性能的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,導致CPU運行出錯。
壹般來說,要求的電源實際值多為標稱值的±5%,所以可以據此計算出允許的電源紋波,當然要預留余量的。
散熱問題對於那些大電流電源和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電路
Answer:根據分析系統需求得出的具體技術指標,可以來選擇合適的電源實現電路了。壹般弱電部分,包括了LDO(線性電源轉換器)、開關電源電容降壓轉換器和開關電源電感電容轉換器。相比之下,LDO設計最易實現、輸出紋波小,但缺點是效率有可能不高、發熱量大、可提供的電流相較開關電源不大等等。而開關電源電路設計靈活、效率高,但存在紋波大、實現比較復雜、調試比較煩瑣等缺點。
Q3:如何為開關電源電路選擇合適的元器件和參數
Answer:很多的未使用過開關電源設計的工程師會對它產生壹定的畏懼心理,比如擔心開關電源的幹擾問題、PCB layout問題、元器件的參數和類型選擇問題等。其實只要了解了,使用壹個開關電源設計還是非常方便的。
壹個開關電源壹般包含有開關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,還簡化了PCB設計,但是設計的靈活性就減少了壹些。
開關控制器基本上就是壹個閉環的反饋控制系統,壹般都會有壹個反饋輸出電壓的采樣電路以及反饋環的控制電路。因此這部分的設計在於保證精確的采樣電路、控制反饋深度,因為如果反饋環響應過慢的話,對瞬態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,這些元件的選擇基本上要滿足壹個性能和成本的平衡:高的開關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),但是較高的開關頻率會增加幹擾和增大MOSFET的開關損耗,使效率降低;低的開關頻率帶來的結果則恰好相反。
對於輸出電容的ESR和MOSFET的Rds_on參數選擇也是非常關鍵的:選擇小的ESR可以減小輸出紋波,但是電容成本就會增加(好的電容會貴嘛)。開關電源控制器驅動能力也是需要註意:過多的MOSFET是不能被很好驅動的。
壹般來說,開關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。
Q4:如何調試開關電源電路
Answer:有壹些經驗可以共享給大家:
1: 電源電路的輸入輸出通過低阻值大功率電阻接到板內,這樣在不焊電阻的情況下可以在做到電源電路後先調試,避開後面電路的影響。
2: 壹般來說開關控制器是閉環系統,如果輸出惡化的情況超過了閉環可以控制的範圍,開關電源工作就會不正常,這種情況就需要認真檢查反饋和采樣電路。特別需要註意的是如果采用了大ESR值的輸出電容,會產生很多的電源紋波,這也會影響開關電源的工作的。
 
 
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