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低壓電源設計拓撲
在PCB設計中，低壓電源是指為組件生成所需電壓的電源電路。這通常包括為基礎電路供電的5V，3.3V或1.8V電壓節點(diǎn)。
低壓電源接受輸入電壓并將其轉換為所需值。電源通常分為線(xiàn)性或開(kāi)關(guān)式。線(xiàn)性電源以連續操作將輸入的直流電壓轉換為直流輸出。
同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源在具有特定占空比的轉換狀態(tài)和非轉換狀態(tài)之間交替切換，以實(shí)現更高效的操作。開(kāi)關(guān)電源的輸出是連續脈沖，需要用電容器進(jìn)行平滑處理。
低壓電源對于確保整個(gè)電路正常運行至關(guān)重要。
這是開(kāi)關(guān)模式電源的一些常見(jiàn)拓撲。
降壓轉換器 -將高電壓變?yōu)榈碗妷旱?/span>DC-DC轉換器。
升壓轉換器-將低壓轉換為高壓。
降壓-升壓轉換器 -組合降壓和升壓轉換器拓撲，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(wú)論拓撲如何，重要的是要實(shí)現適用守恒能量的定律。這意味著(zhù)輸出的額定功率將小于輸入的額定功率，因為在轉換過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生一些損耗。
低壓電源的散熱
選擇電壓轉換器時(shí)，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換器產(chǎn)生的熱量是可控的。線(xiàn)性穩壓器會(huì )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(kāi)關(guān)模式轉換器通常是最喜歡的，但這并不意味著(zhù)您可以忽略散熱。每個(gè)轉換器都有一個(gè)熱結系數值，該值表示每單位功耗的溫度升高。當溫度升高到極大工作溫度極限時(shí)，轉換器的效率下降。
您將要預期電壓轉換器的溫度可能升高，并采取適當的措施來(lái)散發(fā)過(guò)多的熱量。散熱的直接方法是將散熱器連接到轉換器。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換器散熱的快速方法。
在低調或對成本敏感的設計中，PCB的一部分可以變成散熱器。轉換器的熱墊焊接到PCB銅多邊形上，該多邊形設計有散熱孔以散發(fā)熱量。
低壓電源PCB設計的更多技巧
整理完電壓轉換器的熱管理部分后，您需要認真研究設計的其他方面。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(kāi)關(guān)模式調節器，則存在將開(kāi)關(guān)噪聲耦合到其他走線(xiàn)的風(fēng)險。
穩定性對于低壓電源設計很重要。清晰地讀取示波器上的電壓并不意味著(zhù)在現場(chǎng)部署時(shí)仍會(huì )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點(diǎn)上的波動(dòng)。
在涉及大電流負載的設計中，您需要確保將調節器連接到耗電部件的走線(xiàn)足夠寬，以防止出現熱點(diǎn)。為了緩解此類(lèi)問(wèn)題，將PCB設計軟件與更高分析工具結合使用很長(cháng)的路要走。