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电源设计概述
电源设计概述
电源是所有电子设备的基本要素，无论它们是使用电池、主电源还是任何其他电源为其电子电路供电。因此，正确设计电源至关重要。任何错误和电源都可能提供错误的电压或无法提供所需的电流。它可能会产生过多的噪音，影响附近设备的自身电路。它甚至可能以可能导致危险情况的方式发生故障，例如触电或导致未控制的火灾。错误设计的潜在问题列表还在继续。
电源设计注意事项
对于连接到交流电源或其他嘈杂能源的电源，输入滤波对于将影响电源输出的输入端瞬变和噪声的影响降至最低是必不可少的。所需的滤波取决于交流输入的性质、连接到该电源的其他设备以及连接到输出的电路灵敏度。例如，存在高电流开关电路的工业环境中的交流电源通常会出现明显的电压尖峰，这可能会损坏未受保护的电源。
对于基于传统变压器和整流技术的交流连接电源，应考虑电源输出端的过压保护，以防止整流中的任何故障对连接的电路造成间接损坏。
PCB 热管理是一个重要的考虑因素。电源会产生需要有效散热的局部高温。这个问题与功率损耗比等效开关模式电源电路高得多的线性稳压器尤其相关。由于温度变化，电源周围的 PCB 区域可能容易发生热变形，从而导致物理移动并影响该区域的组件安装。某些部件（例如电容器和封装集成电路）可能对此类运动敏感，从而导致材料和电线开裂。
对于开关模式电源，计算最佳工作频率需要在性能、效率、成本和物理尺寸之间进行权衡。通常频率越低，效率越高，频率越高，成本和尺寸就越好。然而，滤波所需的元件往往在这些因素中占主导地位，因此在进行开关电路设计之前，应先进行正确的滤波器设计。
电源设计指南
设计复杂的电源需要使用 SPICE 等仿真工具。为不同的设计选项和组件选择手动重新计算将花费太长时间，并且有很大的出错风险。集成电路制造商提供了用于仿真和元件计算的设计工具，可以让设计人员领先一步。
PCB 布局会显着影响电源的输出噪声水平，包括线路纹波和发射的电磁辐射。优化布局所花费的时间可以节省解决噪声问题和添加额外过滤组件的时间。
在设计开关电源时，必须正确设计输入滤波器，以确保滤波器特性结合电源的输入阻抗在某些情况下不会导致谐振问题。这个问题会受到电源负载的影响，突出了使用仿真工具对复杂操作条件进行建模的好处。
在建模设计时，不要忘记检查电感元件的阻尼。确保电流的阶跃变化不会产生超过电源组件最大额定值的电压或损坏电源输出下游连接的电路，这一点至关重要。这种瞬态效应最常见于上电和断电时，并可能导致设备过早失效。
电源设计技巧
我的前三个技巧是根据多年为初级电子工程师/技术人员提供电源设计帮助的经验整理而成。我希望你发现这些同样有帮助。
电源性能会受负载影响，因此在设计电路时，要分析其在空载、典型负载和最大负载条件下的性能。在最大负载下在规格范围内运行的电源电路在其他负载条件下很可能超出规格。
电源性能会受到温度的影响，温度不仅受其环境（环境温度和气流）的影响，还受负载等因素的影响。因此，必须在所有可能的内部（输入电压、元件容差、输出负载）和外部（热、噪声）条件下进行彻底的热分析，以保证所有情况下的电源性能。
电源性能会受时间影响；也就是说，组件性能和值会随着时间而变化。这种影响在某些类型的电容器中尤为明显。因此，设计计算需要考虑设备整个生命周期内的组件容差。此问题适用于电源本身和电源驱动的电路。因此，随着负载变化，电源会看到电路性能的变化。