硬件电源模块设计与思考

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硬件电源模块设计与思考 [复制链接]

最近一直搞嵌入式方面的学习，发现自己在初学嵌入式方面有着很多很多的疑问，我想大多数没有多少经验的朋友们刚刚踏入嵌入式领域也会有着与我相同的疑问，因此，我想在此写一系列文章，分享自己在嵌入式学习方面遇到的疑问以及心得，希望高手们指出文章中的错误，也欢迎与我一样的初学者提出你的疑问我们一起来学习和讨论，这样大家可以共同进步。

这里，我先简单地介绍一下嵌入式系统的电源模块的设计思路，一般是首先了解整个系统的各个模块的电压需求，比如I/O模块一般需要3.3V供电，USB模块一般需要5V供电，一些MCU主芯片往往需要1.2V或者1.8V供电等等，然后选择合适的板子入口供电电压（下面第一部分主要就是讨论这个板子入口供电电压），然后再选择相关的稳压芯片进行电压转换以及稳压（下面第二部分讲述的就是怎么样选择稳压电路），得到板子各个模块的电压供给。那么，嵌入式系统设计中怎么样选择板子的入口供电电压大小呢?

一、板子入口供电电压大小的选择

如今典型的板子供电往往先让220V交流电经过一个变压器，转换为直流12V或者5V然后接入板子，当然也有其他供电电压的板子,也有直接接220V交流电并通过板子内部电桥电路等进行转换的设计,这里我们主要讨论对12V供电和5V供电的选择问题，即到底选择12V合适呢还是选择5V合适？


首先，我们需要先分析一下我们设计的板子的总功耗是多少（通过对分析每个模块相关芯片的datasheet，我们可以大致的估算出整个系统的总功耗P）。那么，在系统总功耗P一定的情况下，板子输入的供电电压U越大，由 P = U * I 可以知道，板子的输入电流越小，而板子输入电流越小，对板子特别是电源模块的稳定是有很大帮助的，因此，如今对于很多大功耗的板子都设计为12V供电，也就是这样一个目的。
   
但是，如果整个系统的总功耗P并不大，由 P = U * I  可以知道，如果采用较大的输入电压，板子的输入电流会变小，这样，有可能电流无法达到后级电路的最小输入电流的要求。
   
因此，关于板子入口电压的选择，需要进行仔细和综合的考虑，这样才能达到比较完美的效果。


二、 稳压电路的选择

稳压电路一般实现2个功能，一个是进行电压的转换，得到后级需要的各种电压大小，另外一个功能顾名思义，就是稳定输出的电压，使电源模块输出给后级的电压保持相对稳定，使整个系统能够稳定的工作。
   
我们知道，直流电压的转换有2种方案，一种是采用开关调压器件（switch regulator），另一种是采用线性调压器件（linear regulator）。开关调压器件有着更大的输出电流、更高的转换效率，但同时也伴随着更复杂的转换电路和更高的噪声，而线性转换器件刚刚相反，有着更简单的电路以及更低的噪声。
一般，线性转换器件适合做压差不大的电压转换，比如5V到3.3V，3.3V到1.8V等，因为，对于线性转换器而言，电压降低的那部分压差主要被用于电阻的发热了，如果压差比较大，例如12V转5V，这7V的压差全部消耗到电阻发热，不仅电路的效率低下，而且会产生大量的热量，导致电路不稳定或者相关芯片被烧毁。
   
那么，像大压差比如12V到5V的转换怎么办呢？当然，一般是采用开关调压器件，它转换效率高，虽然有比较高的噪声，但是经过特殊的电路进行滤除一般都可以达到系统的要求，开关调压器件的原理我就不在这里赘述了，可以在网上查找相关资料。