硬件工程師必讀，如何設計電源電路？

作者：時間：2024-05-21 來源：玩轉嵌入式

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電子產(chǎn)品要工作就離不開電源，電源的設計在嵌入式行業(yè)、通信行業(yè)、工控行業(yè)都非常重要，可靠穩(wěn)定的供電方案可以使產(chǎn)品工作更穩(wěn)定、性能更好、工作壽命更長。

本文引用地址：http://2s4d.com/article/202405/458971.htm

不同的硬件方案，對電源的要求不同，如單片機需要DC3.3V，而電機可能需要DC12V；不同的產(chǎn)品對電源的輸入要求不同，如小愛音箱是市電220V輸入，而工控板要求DC24V輸入等。需要根據(jù)不同的需求設計不同的電源處理電路，根據(jù)不同的供電對象設計不同等級的電源電路。今天和大家分享一下幾種典型的電源設計方案。

1-電源板

1.直流低電壓降壓 電路設計(LDO)

這里所指的低電壓是指DC18V以下的電壓，這一部分的電路設計是硬件工程師在工作當中碰到最多的情況，但也是芯片級的解決方案最多的情況。嵌入式控制板的核心器件是單片機、ARM、FPGA等芯片，常用的電壓有DC5V、DC3.3V、DC2.5V、DC1.8V、DC1.2V等。這種情況下對輸出電流要求不是很高所以LDO芯片用的比較多，熟悉51單片機的朋友都知道，51單片機用DC5V來供電，輸出DC5V的LDO芯片如7805、ASM117、LM2940、TPS709等。

2-LM2940典型電路圖

上圖是LM2940的典型電路圖，這種LDO芯片所需要的外設器件比較少，只需要在輸入和輸出加幾個濾波電容即可穩(wěn)定工作，省元器件、省空間、使用方便，唯一的不足之處就是轉化效率太低，發(fā)熱嚴重。上圖的LM2940電路，只加了四個電容即可穩(wěn)定的輸出DC5V。

2.直流中高壓降壓 電路設計(DC/DC)

這里所指的中高壓一般是指DC24V以上的情況，DC24V已經(jīng)超過了大多數(shù)LDO降壓芯片的輸入電壓范圍，不再適用。幸運的是有很多DC/DC類芯片可以用。這類電源芯片和LDO相比，其優(yōu)點就是輸入范圍寬、轉換效率高，其缺點是所需外設元器件較多。常用的DC/DC類芯片有LM2596、LM2576、MP1584等。

3-LM2596典型電路原理圖

上圖是LM2596的典型電路原理圖，從圖上可以看出比LDO類芯片多了電感、二極管還有電阻等器件。上圖是可調(diào)版本的原理圖，計算方法為:Vout=1.23×(1+R89/R88)，通過選擇不同的電阻即可輸出所需要的電壓。LM2596還帶有芯片使能端，即芯片的第5引腳Vout=1.23×(1+R89/R88)，，當?shù)?引腳接GND時芯片工作，接高電平時芯片停止工作。

3.直流高壓降壓電路的設計

這里所指的高壓是指超過DC48V的情況，這種供電常用在以電池包供電的場合，如電動車行業(yè)、電動園林工具行業(yè)等。直流高壓也超過了DC/DC芯片的輸入范圍，所以DC/DC芯片也無法使用了，更寬輸入的電源芯片，如XL7025、XL7026、XL7045、XL7046等可滿足這類應用。

4-XL7045典型應用電路原理圖

上圖是XL7045的典型原理圖，其輸入范圍為DC(10-80)V，輸出可調(diào)，輸出最大電流為300mA，輸出電壓的計算公式為：Vout=1.25×(1+R2/R1)，通過調(diào)節(jié)電阻R2/R1的比值即可輸出不同的電壓，滿足用戶的不同需求。

其常用的外設元器件有電感、二極管和電阻等。其實就是DC/DC芯片，其工作原理為：內(nèi)部的MOS開關以一定的頻率頻繁開斷。在MOS閉合時，電流流經(jīng)電感和負載，電感儲能，二極管處于截止狀態(tài)。當MOS斷開時，電感所儲存的電量給負載供電，同時由于電感的反向電動勢使得二極管導通，由此電感、負載、二極管構成回路。電路就是在MOS管的頻繁開斷中工作的。