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電源設計概述
電源設計概述
電源是所有電子設備的基本要素，無(wú)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(wú)法提供所需的電流。它可能會(huì )產(chǎn)生過(guò)多的噪音，影響附近設備的自身電路。它甚至可能以可能導致危險情況的方式發(fā)生故障，例如觸電或導致未控制的火災。錯誤設計的潛在問(wèn)題列表還在繼續。
電源設計注意事項
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備以及連接到輸出的電路靈敏度。例如，存在高電流開(kāi)關(guān)電路的工業(yè)環(huán)境中的交流電源通常會(huì )出現明顯的電壓尖峰，這可能會(huì )損壞未受保護的電源。
對于基于傳統變壓器和整流技術(shù)的交流連接電源，應考慮電源輸出端的過(guò)壓保護，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(gè)重要的考慮因素。電源會(huì )產(chǎn)生需要有效散熱的局部高溫。這個(gè)問(wèn)題與功率損耗比等效開(kāi)關(guān)模式電源電路高得多的線(xiàn)性穩壓器尤其相關(guān)。由于溫度變化，電源周?chē)?span> PCB 區域可能容易發(fā)生熱變形，從而導致物理移動(dòng)并影響該區域的組件安裝。某些部件（例如電容器和封裝集成電路）可能對此類(lèi)運動(dòng)敏感，從而導致材料和電線(xiàn)開(kāi)裂。
對于開(kāi)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地位，因此在進(jìn)行開(kāi)關(guān)電路設計之前，應先進(jìn)行正確的濾波器設計。
電源設計指南
設計復雜的電源需要使用 SPICE 等仿真工具。為不同的設計選項和組件選擇手動(dòng)重新計算將花費太長(cháng)時(shí)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計工具，可以讓設計人員領(lǐng)先一步。
PCB 布局會(huì )顯著(zhù)影響電源的輸出噪聲水平，包括線(xiàn)路紋波和發(fā)射的電磁輻射。優(yōu)化布局所花費的時(shí)間可以節省解決噪聲問(wèn)題和添加額外過(guò)濾組件的時(shí)間。
在設計開(kāi)關(guān)電源時(shí)，必須正確設計輸入濾波器，以確保濾波器特性結合電源的輸入阻抗在某些情況下不會(huì )導致諧振問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題會(huì )受到電源負載的影響，突出了使用仿真工具對復雜操作條件進(jìn)行建模的好處。
在建模設計時(shí)，不要忘記檢查電感元件的阻尼。確保電流的階躍變化不會(huì )產(chǎn)生超過(guò)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(diǎn)至關(guān)重要。這種瞬態(tài)效應最常見(jiàn)于上電和斷電時(shí)，并可能導致設備過(guò)早失效。
電源設計技巧
我的前三個(gè)技巧是根據多年為初級電子工程師/技術(shù)人員提供電源設計幫助的經(jīng)驗整理而成。我希望你發(fā)現這些同樣有幫助。
電源性能會(huì )受負載影響，因此在設計電路時(shí)，要分析其在空載、典型負載和最大負載條件下的性能。在最大負載下在規格范圍內運行的電源電路在其他負載條件下很可能超出規格。
電源性能會(huì )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，還受負載等因素的影響。因此，必須在所有可能的內部（輸入電壓、元件容差、輸出負載）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(huì )受時(shí)間影響；也就是說(shuō)，組件性能和值會(huì )隨著(zhù)時(shí)間而變化。這種影響在某些類(lèi)型的電容器中尤為明顯。因此，設計計算需要考慮設備整個(gè)生命周期內的組件容差。此問(wèn)題適用于電源本身和電源驅動(dòng)的電路。因此，隨著(zhù)負載變化，電源會(huì )看到電路性能的變化。