电源设计

  • 电源完整性
    在电源设计中,电压传到负载端,中间的传输导线不免会有电感存在,负载端的电流也不会是恒定值,变化的电流△I在路径上由电感产生感应的△U,这就是通常说的电源噪声。电流越大,△I越大,△U就会越大,包含噪声、纹波等。
    开关电源、线性稳压电源(LDO)
    LDO:低压差线性稳压,输入输出电压差值不能过大,效率低,大部分功耗消耗在其内部调整管的内阻,以发热的形式,因此LDO电源要铺铜散热。
  • 开关电源的布局
    1、开关管布局紧凑,考虑大电流通道,输入输出的地直连。
    2、输入滤波器件,紧邻开关管,确保大电流先滤波再进入开关管。
    3、输出滤波器件,紧邻开关管,确保大电流先滤波再进入单板平面。
    4、输入、输出回路,MOS管、续流管回路要尽量小。
    5、控制电路的比较电路,靠近控制芯片放置。
    6、控制电路的采样电路,采样电阻放在输出滤波与比较电路的中间,布局时保证采样电路尽量靠近芯片引脚和比较电路。
    7、控制电路本身的滤波网络、电容尽量靠近芯片引脚,且控制信号器件也尽量靠近芯片。
    -开关电源的布线
    1、开关管部分:尽量粗短,一般用铺铜实现,考虑大电流通道。
    2、输入、输出滤波:到电源平面的过孔数目和位置,输入过孔在滤波电容的前面,输出过孔在滤波电容的后面。
    3、输入、输出的地:用大铜皮连接到一起,多打地孔到平面。
    4、控制电路的地:模拟地、数字地分开,单点接地。
    5、控制电路的采样:模拟信号、采样点在输出滤波之后,如果有电流采样和电压采样,布成差分线的紧耦合形式,采样线尽量短,减少受干扰的空间。
    6、控制电路的调制输出:模拟信号不要在开关管下面走长线,远离大电流的电源和地等区域。
  • 过孔载流
过孔孔径 温升(10℃)设计值(A)
10mil 1
12mil 1.2
16mil 1.4
20mil 1.5
24mil 1.6
40mil 2.3
80mil 3.6
  • 交流电源的设计
    PDN:power delivery network,电源分配网络。
    目标阻抗的PDN设计:
    Z(target)={ U(powersupply)* X(allowed ripple)} / △I(current)
    Z(target):目标阻抗
    X(allowed ripple):可允许电源噪声波动
    数学意义:只要真实的PDN阻抗不大于目标阻抗,同时电流的变化也不大于预设的△I,那么其电源噪声就不会超过允许的波动范围。
    例:电源1:2.5V,最大工作电流5A,电源2:1V,最大工作电流10A。
    由上述公司可计算电源1其PDN设计的目标阻抗是50mΩ;电源2为10mΩ。
    {2.5*10%} / 5 =50mΩ

  • 电源噪声和纹波
    由电源开关频率所产生的波动,定义为电源纹波。
    由芯片切换所产生的波动,定义为电源噪声。
    开关电源的开关频率正常是几百千赫兹到2MHz,因此,在测试电源纹波时,为了避免引入其他不必要的噪声,建议示波器的带宽限制为20MHz。

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