低压電(diàn)源设计拓扑

2020-04-09

在PCB设计中，低压電(diàn)源是指為(wèi)组件生成所需電(diàn)压的電(diàn)源電(diàn)路。这通常包括為(wèi)基础電(diàn)路供電(diàn)的5V，3.3V或1.8V電(diàn)压节点。

低压電(diàn)源接受输入電(diàn)压并将其转换為(wèi)所需值。電(diàn)源通常分(fēn)為(wèi)線(xiàn)性或开关式。線(xiàn)性電(diàn)源以连续操作将输入的直流電(diàn)压转换為(wèi)直流输出。 

同时，开关電(diàn)源在具有(yǒu)特定占空比的转换状态和非转换状态之间交替切换，以实现更高效的操作。开关電(diàn)源的输出是连续脉冲，需要用(yòng)電(diàn)容器进行平滑处理(lǐ)。 

低压電(diàn)源对于确保整个電(diàn)路正常运行至关重要。 

这是开关模式電(diàn)源的一些常见拓扑。 

降压转换器 -将高電(diàn)压变為(wèi)低電(diàn)压的DC-DC转换器。 

升压转换器-将低压转换為(wèi)高压。 

降压-升压转换器 -组合降压和升压转换器拓扑，以产生大于或小(xiǎo)于输入的输出電(diàn)压。输出值取决于占空比。 

无论拓扑如何，重要的是要实现适用(yòng)守恒能(néng)量的定律。这意味着输出的额定功率将小(xiǎo)于输入的额定功率，因為(wèi)在转换过程中会产生一些损耗。 

低压電(diàn)源的散热

选择電(diàn)压转换器时，重要的是要确保功率容量足以承受電(diàn)路负载。但是，同样重要的是要确保转换器产生的热量是可(kě)控的。線(xiàn)性稳压器会产生大量热量，因為(wèi)它们通常效率较低。

对于要求高功率的電(diàn)路，开关模式转换器通常是最喜欢的，但这并不意味着您可(kě)以忽略散热。每个转换器都有(yǒu)一个热结系数值，该值表示每单位功耗的温度升高。当温度升高到极大工作温度极限时，转换器的效率下降。 

您将要预期電(diàn)压转换器的温度可(kě)能(néng)升高，并采取适当的措施来散发过多(duō)的热量。散热的直接方法是将散热器连接到转换器。添加排气扇也有(yǒu)助于分(fēn)散加热的空气，尤其是在机柜中。

散热器是管理(lǐ)電(diàn)压转换器散热的快速方法。

在低调或对成本敏感的设计中，PCB的一部分(fēn)可(kě)以变成散热器。转换器的热垫焊接到PCB铜多(duō)边形上，该多(duō)边形设计有(yǒu)散热孔以散发热量。

低压電(diàn)源PCB设计的更多(duō)技巧

整理(lǐ)完電(diàn)压转换器的热管理(lǐ)部分(fēn)后，您需要认真研究设计的其他(tā)方面。首先，您需要确保電(diàn)源電(diàn)路的位置遠(yuǎn)离敏感组件。如果使用(yòng)开关模式调节器，则存在将开关噪声耦合到其他(tā)走線(xiàn)的风险。 

稳定性对于低压電(diàn)源设计很(hěn)重要。清晰地读取示波器上的電(diàn)压并不意味着在现场部署时仍会保持不变。因此，您需要确保将旁路電(diàn)容器放置在关键组件附近，以极大程度地减小(xiǎo)電(diàn)源节点上的波动。

在涉及大電(diàn)流负载的设计中，您需要确保将调节器连接到耗電(diàn)部件的走線(xiàn)足够宽，以防止出现热点。為(wèi)了缓解此类问题，将PCB设计软件与更高分(fēn)析工具结合使用(yòng)很(hěn)長(cháng)的路要走。