電源基礎——你不能不知道的知識

　　對于每個電路設計者來說，電源基本上是百分之百會遇到的問題，在以嵌入式設計為主的設計中，更是如此。對于很多的弱電設計者來說，功率電子方面的知識就很欠缺了，當然在設計硬件時，就會遇到這樣那樣的問題。電源的問題也是博大精深，本文就電源的基礎知識做一簡單的總結，有不正確的地方，還請讀者不吝賜教，共同學習交流。

　　電源設計中，常用的變換形式有DC-DC、AC-DC，有線性電源，也有開關電源。開關電源以其高效率，低成本等優勢在大功率（一般大于10W）和多電壓輸出要求的設計中應用越來越多。一般來說，線性電源的效率為30%-50%左右，而開關電源則高達70%-90%，所以在手持設備，低功耗要求的設計中，幾乎都是開關電源的天下。

　　常用的開關電源有以下幾種拓撲結構：

　　1）Buck

　　2） boost

　　3）buck/boost

　　4） flyback

　　5） full-bridge

　　6） half-bridge

　　7） half-forward

　　8） push-pull

　　在電源設計中需考慮以下幾個方面：

　　1）輸入輸出是否隔離。未有隔離的電源，當開關出現問題時（短路或是斷路），輸入電壓就會直接連接到輸 上，給后級電路造成傷害。比如buck、boost、buck/boost等

　　2）電感或是變壓器上電壓大小

　　3）電感、二極管和開關上流經的電流峰值大小

　　4）是否要求多電壓值輸出

　　5）電容上電壓峰值多少

　　常用的電源設計中，開關、反饋等控制部分被集成到一個IC中，設計者僅需根據實際情況選擇合適的電容、二極管、電感即可。這三者也是構成開關電源的基本器件。下面以LM2596為例，討論下電源外圍此三者的選型要求。

　　上圖是LM2596的datasheet中的典型應用電路。LM2596是典型的buck電路，下面就以LM2596為例分別討論Cin、D1、L1和Cout的選擇。

　　1、 Cin

　　Cin電容在電路中起到的是bypass的作用，一般選擇低ESR的鋁電解電容或是鉭電容，若是選擇鋁電解電容則其耐壓值至少是輸入最大電壓的1.5倍，如選擇鉭電容則其耐壓值必須是輸入最大電壓的2倍。同時電容的RMS電流應該至少大于負載電流的1/2.

　　2、 D1

　　該二極管應選擇快恢復二極管，同時反向擊穿電壓至少應該大于最大輸入電壓的1.25倍。額定電流至少是負載電流的2.3倍。肖特基二極管是best choice，這主要是因為他們的fast switch speed和low forward voltage drop. 整流二極管1N4000系列、1N5400系列都是開關速度太慢不適合在此使用，推薦使用1N58xx系列。

　　3、 L1

　　電感一般選擇繞線型電感，耐流值一般應大于最大負載電流的1.5倍。電感的大小有輸入電壓，最大負載電流決定。可有datasheet的圖表查看得出。

　　4、 Cout

　　在大多數應用中，推薦使用低ESR的電解電容（比如鋁電解電容）或是鉭電容。電容的大小范圍一般也是有限制的。比如LM2596電解電容需在82uF和820uF之間，鉭電容一般在10uF-470uF之間。電容的耐壓值應該比輸出電壓大1.5倍。