电源设计中你不得不注意的那些细节

电源芯片的选择

说到电源，先要说的就是DC-DC和LDO两种电源芯片的选择。两种电源的优缺点都非常明显。DC-DC最大的优点就是效率高，可以输出大电流，电源效率普遍能够做到百分之九十左右，有些甚至可以达到九十五以上。缺点也比较明显，需要用到的外围器件多，所占PCB面积大，成本高，由于开关的存在滤波控制不好的话会给系统引入噪声等等。LDO则正好相反，外围器件简单，占用面积小，成本低，没有开关，输出电源的线性度更好，但是效率取决于输入和输出电压的压差，压差大效率就低。通过比较我们可以大致做出电源的选择。如果电源压差较小，或者电流较小，使用LDO是个不错的选择。如果压差较大，或者电流较大，那么一般会推荐使用DC-DC。

LDO电源设计简单，成本低，外围电路一般只需要几颗旁路电容就够了。虽然设计简单，但还是有些具体的地方需要注意。

第一个要考虑的就是散热

由于LDO的特性决定，压差部分的功耗是要通过芯片本身的散热释放出去的。如果压差和电流较大，那么器件上消耗的功耗就会比较大，散热我们就不能不考虑。举例说明，如果我们用3.3V通过LDO降压到1.2V，电流是800mA，那么芯片上消耗的功率就是(3.3-1.2)*0.8=1.68W，这么大的功率消耗，如果在PCB设计的时候没有留下足够的散热空间，那么随着系统的运行，LDO芯片就会越来越烫。虽然很多LDO的截止温度能达到125度，但是长时间在高温下运行，会严重影响系统寿命。调试阶段也难免会烫伤到自己。为了系统和自身的安全，保证LDO的良好散热是我们在做PCB的时候要考虑到的问题，又是我们容易忽略的地方。

第二个要考虑的是LDO器件的压差

以我们常用的1117为例，能做到的最小压差是1V。那么如果我们要用3.3V降压到2.5V选择1117是不合适的。得到的结果只能是2.3V左右，还要和你的电流有关。当然现在新出的LDO在压差方面有了很大的改进，最小压降有些已经做到了100mV，能满足大多数应用的需求。

第三个要考虑的是旁路电容的选择

LDO芯片的外围电路就是几颗旁路电容。这几颗电容的选择也要参考器件的Datasheet，一般都会有容量和型号的推荐。还是以1117为例，各家公司推出的1117虽然功能差不多，但是在输出旁路电容的选择上也会有所区别，有些要求输出旁路电容采用10UF以上的钽电容，如果采用电解电容则容量要求更高，有些要求电容的ESR大小在一定范围，已获得更好的高频响应。这些细节是我们在选择器件的时候需要认真在datasheet里面找答案的。

DC-DC的应用比LDO要稍微复杂一些，需要注意的地方也更多。我们先来看看走线对电路尤其是对电源电路的影响。PCB上的走线都会存在一定的走线电感，根据走线的宽度，厚度，和几何形状的不同，走线电感也会不同。一个简单的经验值是1oz的铜厚，30mil的走线宽度，1inch的走线长度的走线电感大约为20nH。这个电感值似乎并不大，但我们来看看在电源芯片上产生的影响。DC-DC通常都会应用在大电流的应用场景。我们来假设一个2A的应用环境。DC-DC要能够保证系统从0A到2A之间电流需求的供应。那么1inch长度的走线会使电压产生多大的偏移，我们可以带入下面的计算公式：

V=L*di/dt

其中L是走线电感，di是电流变化量，dt是开关转换速度。DC-DC的开关转换速度一般可以取值30ns来计算。带入公式我们可以得出V=20nH*2A/30ns=1.33V!