如何為處理器、微控制器和高功率器件選擇電源拓?fù)?/h1>
作者：Jan Michael Gonzales,產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師;Ralph Clarenz Matocinos,產(chǎn)品應(yīng)用助理工程師;Christian Cruz,產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師
時(shí)間：2025-04-28
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編者按：本文是一份詳盡的指南，旨在說(shuō)明如何為處理器、微控制器和高功率信號(hào)鏈選擇合適的電源拓?fù)?。本文?qiáng)調(diào)了高效可靠的功率轉(zhuǎn)換在信號(hào)鏈中的重要作用，并著重說(shuō)明了此類結(jié)構(gòu)緊湊但功能強(qiáng)大的電源器件在不同電子應(yīng)用中的重要性。無(wú)論是在消費(fèi)電子應(yīng)用還是工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中，處理器和微控制器等器件都是主要處理單元，需要穩(wěn)定且精確調(diào)節(jié)的電源才能實(shí)現(xiàn)出色性能。本指南同時(shí)還強(qiáng)調(diào)，選擇合適的電源架構(gòu)對(duì)于確保系統(tǒng)無(wú)縫高效運(yùn)行具有重要意義。
本文引用地址：http://2s4d.com/article/202504/469946.htm簡(jiǎn)介
本文將深入探討低壓差(LDO)穩(wěn)壓器、降壓、升壓、降壓-升壓和單輸入多輸出(SIMO)等電源拓?fù)湓趯?shí)際使用中需要考慮哪些因素，并評(píng)估其應(yīng)用、重要性、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。評(píng)估旨在通過(guò)提供實(shí)用的見解，幫助工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中做出明智的決策。
內(nèi)核電壓穩(wěn)定的重要性
在深入研究電源拓?fù)涞募?xì)節(jié)之前，必須了解維持處理器和微控制器內(nèi)核電壓穩(wěn)定的重要性。
■ 性能：穩(wěn)定的內(nèi)核電壓可確保器件性能一致且可靠，防止發(fā)生意外崩潰、故障或不穩(wěn)定行為。
■ 電源效率：實(shí)現(xiàn)良好調(diào)節(jié)的內(nèi)核電壓可充分降低電力損耗，從而提升系統(tǒng)的整體能效。
■ 使用壽命長(zhǎng)：電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致器件過(guò)早磨損，縮短其使用壽命。
■ 電磁兼容性(EMC)：穩(wěn)定的內(nèi)核電壓有助于減少電磁干擾(EMI)，從而滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)要求，這對(duì)于醫(yī)療設(shè)備和航空航天系統(tǒng)等敏感應(yīng)用至關(guān)重要。
■ 抗擾度：適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)節(jié)可以保護(hù)器件免受外部電噪聲的影響，增強(qiáng)其在高噪聲環(huán)境中的可靠性。
圖1 線性穩(wěn)壓器ADP7142可提供1.8V輸出軌
常見電源拓?fù)?/strong>
微處理器和微控制器常用的電源拓?fù)浒ň€性穩(wěn)壓器和開關(guān)模式電源(SMPS)。降壓、升壓、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和SIMO轉(zhuǎn)換器都屬于SMPS。每種拓?fù)涠加衅鋬?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。下面深入探討這些拓?fù)?，以便全面了解這些拓?fù)洹?/p>
線性穩(wěn)壓器
線性穩(wěn)壓器是簡(jiǎn)單易用、高性價(jià)比的解決方案，適合低功耗應(yīng)用。無(wú)論輸入電壓如何變化，它都能提供恒定的輸出電壓，多余的電壓以熱量的形式耗散。然而，由于功耗原因，其在大電流應(yīng)用中效率低下。圖1顯示了一個(gè)線性穩(wěn)壓器。
使用LDO穩(wěn)壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有很多因素需要考慮。表1列出了其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
表1 LDO的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
即使輸入電壓接近所需電平，LDO穩(wěn)壓器也能保持穩(wěn)定的輸出電壓，從而確保在低輸入功率下實(shí)現(xiàn)可靠的性能。
當(dāng)輸入和輸出電壓相差很大時(shí)，LDO穩(wěn)壓器的效率非常低，多余的功率會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量。在這種情況下，開關(guān)穩(wěn)壓器可能是更節(jié)能的選擇。
憑借非常低的輸出噪聲，LDO穩(wěn)壓器在需要提供干凈、穩(wěn)定電壓的應(yīng)用中，例如精密模擬電路和敏感的微控制器中，表現(xiàn)出色。
與開關(guān)穩(wěn)壓器相比，LDO穩(wěn)壓器的電流處理能力較低，因此不適合高功率應(yīng)用或有大電流需求的應(yīng)用。
與開關(guān)穩(wěn)壓器等替代方案相比，LDO穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，需要的外部元件更少，因此能夠節(jié)省PCB空間并降低復(fù)雜性。
LDO穩(wěn)壓器往往會(huì)因功率耗散而產(chǎn)生熱量，尤其是在高功率情況下。適當(dāng)?shù)臒峁芾韺?duì)于防止過(guò)熱至關(guān)重要。
LDO穩(wěn)壓器能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化，因此非常適合微控制器和數(shù)字處理器等動(dòng)態(tài)應(yīng)用。
LDO穩(wěn)壓器要求輸入電壓高于所需輸出電壓，這使其在電池供電設(shè)備中的應(yīng)用受限，因?yàn)殡姵仉妷和咏栎敵鲭妷骸?/p>
超低靜態(tài)電流版本的LDO穩(wěn)壓器可提升電池供電設(shè)備的效率，有效降低待機(jī)功耗。
雖然LDO穩(wěn)壓器在許多場(chǎng)景中都具有高性價(jià)比，但與開關(guān)穩(wěn)壓器相比，它們可能不是大電流或高效率應(yīng)用最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。
LLDO穩(wěn)壓器具有出色的輸出電壓精度，非常適合需要精確電壓調(diào)節(jié)能力的應(yīng)用。
如果輸入電壓明顯高于所需輸出電壓，LDO穩(wěn)壓器可能需要額外的元件（如散熱器或復(fù)雜的保護(hù)電路）才能有效運(yùn)行。
開關(guān)模式電源(SMPS)
SMPS由于其高效率而成為微處理器和微控制器常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。SMPS通過(guò)快速開關(guān)功率器件（通常是晶體管），將輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需的輸出電壓。它能實(shí)現(xiàn)精確的電壓調(diào)節(jié)，充分降低功耗。圖2展示了降壓、升壓和降壓-升壓拓?fù)洹?/p>
圖2 降壓、升壓和降壓-升壓拓?fù)涫侨N基本SMPS拓?fù)?sup>1
使用SMPS時(shí)，應(yīng)考慮多方面因素，包括其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。表2概述了這些重要方面。
表2 SMPS的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
SMPS效率非常高，作為熱量浪費(fèi)的功率比線性穩(wěn)壓器少，因而是節(jié)能設(shè)備和電池供電應(yīng)用的理想解決方案。
SMPS的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)比線性穩(wěn)壓器更復(fù)雜，需要額外的元件和先進(jìn)的控制電路。這種復(fù)雜性會(huì)增加開發(fā)成本，并帶來(lái)可靠性挑戰(zhàn)。
SMPS能夠處理寬輸入電壓范圍，非常適合需要處理波動(dòng)或不穩(wěn)定電源的應(yīng)用。
SMPS會(huì)產(chǎn)生EMI，可能影響附近的元件。因此，需要采取額外的濾波和屏蔽措施來(lái)緩解潛在的問(wèn)題。
SMPS結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，在尺寸和重量方面均優(yōu)于線性電源，這使其成為存在嚴(yán)格約束的應(yīng)用的優(yōu)選方案。
某些SMPS設(shè)計(jì)的輸出電壓紋波可能比線性穩(wěn)壓器高，這對(duì)要求超低噪聲水平的應(yīng)用構(gòu)成了挑戰(zhàn)。
即使輸入變化不定，SMPS也能提供穩(wěn)定的輸出電壓，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的可靠供電具有重要意義。
盡管SMPS效率很高，但由于需要額外的元件和控制電路，因此制造和設(shè)計(jì)成本較高。
SMPS具有快速瞬態(tài)響應(yīng)特性，是需要快速調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載變化的應(yīng)用的優(yōu)選方案。
SMPS并非萬(wàn)能解決方案，尤其不適合擔(dān)心電噪聲或干擾，或需要干凈直流輸出的應(yīng)用場(chǎng)景。
多功能性是SMPS的一項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)，它可以根據(jù)各種輸出電壓和電流要求進(jìn)行定制，從而滿足不同的應(yīng)用需求。
某些SMPS設(shè)計(jì)的最大電流處理能力存在限制。對(duì)于高功率應(yīng)用，可能需要較大、較復(fù)雜的SMPS系統(tǒng)。
由于產(chǎn)生的熱量極少，SMPS在需要優(yōu)先考慮有效散熱的應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)。
SMPS的類型
降壓轉(zhuǎn)換器
降壓轉(zhuǎn)換器是一種特定類型的SMPS，可將輸入電壓降至較低的輸出電壓。它廣泛用于為微控制器和低功耗微處理器供電。降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理是開關(guān)器件（通常為晶體管），將能量?jī)?chǔ)存在電感和電容中，然后以受控方式將其傳送到輸出端。圖3展示了系統(tǒng)級(jí)解決方案中使用的降壓轉(zhuǎn)換器，它能高效地將高壓軌轉(zhuǎn)換為3.3 V。
圖3 LT8631微功耗降壓轉(zhuǎn)換器解決方案
選擇降壓轉(zhuǎn)換器作為電源拓?fù)鋾r(shí)，必須權(quán)衡其優(yōu)缺點(diǎn)。表3總結(jié)了這些關(guān)鍵考慮因素。
表3 降壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
降壓轉(zhuǎn)換器以高效地將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓而著稱。與線性穩(wěn)壓器相比，它以熱量形式浪費(fèi)的能量更少。
降壓轉(zhuǎn)換器需要復(fù)雜的控制電路才能正常工作，這會(huì)增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并可能出現(xiàn)可靠性問(wèn)題。
由于效率高，降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的熱量較少，這對(duì)于注重?zé)峁芾淼膽?yīng)用至關(guān)重要。
降壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生EMI，因此可能需要額外的濾波和屏蔽措施。
降壓轉(zhuǎn)換器通常比線性穩(wěn)壓器更小更輕，適合對(duì)尺寸和重量有限制的應(yīng)用。
與線性穩(wěn)壓器相比，某些降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)可能具有更高的輸出電壓紋波。對(duì)于要求超低噪聲水平的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)問(wèn)題。
降壓轉(zhuǎn)換器支持非常寬的輸入電壓范圍，能夠與可變或不穩(wěn)定的電源配合使用。
降壓轉(zhuǎn)換器只能降低輸入電壓，不適合要求輸出電壓高于輸入電壓的應(yīng)用。
降壓轉(zhuǎn)換器具有快速瞬態(tài)響應(yīng)特性，適合需要快速調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載條件變化的應(yīng)用。
某些降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的最大電流處理能力存在限制。高功率應(yīng)用可能需要更復(fù)雜的降壓轉(zhuǎn)換器配置。
即使輸入電壓波動(dòng)，降壓轉(zhuǎn)換器也能提供穩(wěn)定且調(diào)節(jié)良好的輸出電壓。
為降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)和選擇元件時(shí)可能面臨一些挑戰(zhàn)，需要仔細(xì)考慮電感選擇、開關(guān)頻率、控制環(huán)路設(shè)計(jì)等因素。
降壓轉(zhuǎn)換器常用于能效至關(guān)重要的電池供電設(shè)備。它能有效降低功率損耗，從而有助于延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。
SIMO轉(zhuǎn)換器
SIMO是一種創(chuàng)新的電源管理技術(shù)，可通過(guò)單個(gè)電感提供多個(gè)穩(wěn)壓輸出。2傳統(tǒng)電源管理電路通常需要為每個(gè)輸出配備單獨(dú)的電感，因此元件數(shù)量較多，占用電路板空間較大，且能量損耗也較高。SIMO簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，讓多個(gè)輸出通道共享單個(gè)電感，從而提高了效率并減小了整體尺寸。圖4展示了用于為多個(gè)輸出軌供電的SIMO設(shè)計(jì)。
采用SIMO轉(zhuǎn)換器作為電源拓?fù)鋾r(shí)，必須考慮多種因素。表4簡(jiǎn)要列出了這種方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
表4 SIMO轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
SIMO技術(shù)通過(guò)讓多個(gè)輸出共享單個(gè)電感來(lái)提高電源效率，減少能量損失——這對(duì)于電池供電設(shè)備而言是一大福音。
與傳統(tǒng)電源解決方案相比，SIMO實(shí)現(xiàn)方案在控制和調(diào)節(jié)方面更為復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)多輸出的穩(wěn)定性和可靠性，需要精心設(shè)計(jì)和控制電路。
SIMO僅使用一個(gè)電感來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸出，從而縮小了PCB尺寸，這對(duì)于緊湊且空間有限的應(yīng)用而言是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。
由于共享單個(gè)電感，SIMO支持的輸出通道數(shù)量通常有限，因此不太適合需要較多電壓電平的應(yīng)用。
由于元件更少且電路更簡(jiǎn)單，SIMO可節(jié)省制造成本、降低故障風(fēng)險(xiǎn)并提高器件可靠性。
由于共享電感需要適應(yīng)不同的輸出電壓要求，因此SIMO設(shè)計(jì)可能難以敏捷響應(yīng)快速負(fù)載變化。
SIMO設(shè)計(jì)的效率更高，產(chǎn)生的熱量更少，因此工作溫度較低，器件壽命得以延長(zhǎng)，無(wú)需復(fù)雜的熱管理。
工程師在SIMO設(shè)計(jì)中，需要仔細(xì)權(quán)衡輸出通道數(shù)量、效率和元件數(shù)量。對(duì)于特定應(yīng)用而言，這種權(quán)衡可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。
利用SIMO技術(shù)可以打造緊湊且節(jié)能的電源解決方案，因此它非常適合可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和智能手機(jī)。
要讓現(xiàn)有設(shè)備適應(yīng)SIMO技術(shù)，可能涉及大量的重新設(shè)計(jì)和重新開發(fā)工作，這給無(wú)縫集成帶來(lái)了潛在障礙。
圖4 MAX17270 SIMO轉(zhuǎn)換器配置為提供三個(gè)輸出軌
圖5 升壓轉(zhuǎn)換器LT8336的輸出電壓為24V
升壓轉(zhuǎn)換器
升壓轉(zhuǎn)換器是一種將輸入電壓提升至更高輸出電壓的電源拓?fù)?。升壓轉(zhuǎn)換器在微控制器和微處理器中不太常見，但在需要較高內(nèi)核電壓的應(yīng)用中可找到其身影。在圖5中，升壓轉(zhuǎn)換器用于提供高壓精密放大器的24 V輸出軌。
選擇升壓轉(zhuǎn)換器作為電源拓?fù)鋾r(shí)，必須考慮若干因素。表5清楚概述了這種方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
表5 升壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
高壓應(yīng)用的理想之選：升壓轉(zhuǎn)換器非常適合要求輸出電壓高于輸入電壓的應(yīng)用。
效率低于降壓轉(zhuǎn)換器：由于需要提升電壓，升壓轉(zhuǎn)換器的效率通常低于降壓轉(zhuǎn)換器。
高效提升輸入電壓：升壓轉(zhuǎn)換器可以高效地將輸入電壓提高到所需的輸出電壓水平。
不建議用于能效優(yōu)先的電池供電設(shè)備：對(duì)于注重能效的電池供電設(shè)備而言，升壓轉(zhuǎn)換器可能并非最佳選擇，因?yàn)樗鼤?huì)消耗更多電力，可能會(huì)更快耗盡電池電量。
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器兼具降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的功能，可以降低或升高輸入電壓以提供穩(wěn)定的輸出電壓。這種靈活性使其成為電壓需求多變的應(yīng)用場(chǎng)景的理想選擇。例如，在圖6中，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器用于調(diào)節(jié)電池堆的輸出電壓，該電池堆的輸入電壓可能變化不定。當(dāng)電池堆處于放電模式時(shí)，輸入電壓大約為4.5 V至5 V，而當(dāng)電池堆處于充電模式時(shí)，電芯電壓可能會(huì)降至1.5 V至2.7 V。因此，這類應(yīng)用需要降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
采用降壓-升壓轉(zhuǎn)換器作為電源架構(gòu)時(shí)，必須考慮若干因素。表6簡(jiǎn)要總結(jié)了這種方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
圖6 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器LTC3114-1配置為提供3.3V輸出電壓
圖7 LT8631降壓轉(zhuǎn)換器性能，由LTpowerCAD?程序生成
表6 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
靈活支持不同的輸入和輸出電壓：降壓-升壓轉(zhuǎn)換器支持更寬的輸入和輸出電壓范圍，適用于電源要求多樣的應(yīng)用。
相較于更簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換器，其復(fù)雜度適中：降壓-升壓轉(zhuǎn)換器比降壓或升壓轉(zhuǎn)換器等較簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換器拓?fù)涓鼜?fù)雜。這種復(fù)雜性導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)可能需要考慮更多因素，并謹(jǐn)慎選擇元件。
非常適合由單電源（如電池）供電的設(shè)備：電池供電設(shè)備的輸入電壓可能存在很大變化；無(wú)論電池的電量水平如何，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器都能高效地提供穩(wěn)定的輸出電壓。
采用單電源供電：降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可采用單電源供電，因此適合僅有一個(gè)電源可用的應(yīng)用。
選擇拓?fù)鋾r(shí)需考慮的因素
能否為微處理器或微控制器正確選擇電源拓?fù)?，取決于多種因素。以下是一些重要考慮因素：
■ 電源效率：確定設(shè)備的電源要求，選擇高效的拓?fù)湟员M可能減少能耗和發(fā)熱。
■ 輸入電壓范圍：考慮在設(shè)備工作環(huán)境中可能存在的輸入電壓范圍。確保所選的拓?fù)淠軌蜻m應(yīng)此類變化。
■ 輸出電壓：確定微處理器或微控制器所需的內(nèi)核電壓。某些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如降壓-升壓轉(zhuǎn)換器）在這方面更加靈活。
■ 尺寸和重量限制：如果應(yīng)用有空間或重量限制，應(yīng)選擇能夠提供緊湊型、輕量級(jí)解決方案的拓?fù)洹?/p>
■ 成本：評(píng)估項(xiàng)目的成本約束。對(duì)于低功耗應(yīng)用，線性穩(wěn)壓器可能是高性價(jià)比選擇，但對(duì)于更高功率要求，SMPS解決方案可能更具成本效益。
■ EMC考量：如果應(yīng)用需要符合EMC標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)確保所選拓?fù)淇梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)牟季趾蜑V波來(lái)滿足這些要求。
■ 瞬態(tài)響應(yīng)：考慮電源的瞬態(tài)響應(yīng)。微處理器和微控制器往往會(huì)經(jīng)歷負(fù)載突變，具有快速穩(wěn)定響應(yīng)的拓?fù)鋵?duì)于防止電壓下降或過(guò)沖至關(guān)重要。
■ 可靠性：評(píng)估應(yīng)用的可靠性要求。某些拓?fù)洌ㄈ缇€性穩(wěn)壓器）具有較少的元件，在某些場(chǎng)景中可能更可靠。
■ 環(huán)境條件：考慮設(shè)備的工作環(huán)境。對(duì)于電池供電的應(yīng)用，能效至關(guān)重要，而對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，穩(wěn)健性和抗擾度可能更為關(guān)鍵。
實(shí)用的實(shí)施技巧
選擇合適的電源拓?fù)浜?，借助以下一些?shí)用技巧可成功實(shí)施：
■ 元件選擇：選擇高質(zhì)量的元件，包括電感、電容和晶體管，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
■ 布局和布線：仔細(xì)規(guī)劃PCB上電源電路的布局和布線。盡量減小環(huán)路面積，并使用適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)，以降低噪聲并改善EMC性能。
■ 濾波：根據(jù)需要添加輸入和輸出濾波器，以抑制EMI并確保輸出電壓干凈穩(wěn)定。
■ 保護(hù)：實(shí)施過(guò)壓、欠壓和過(guò)流保護(hù)機(jī)制，以保護(hù)微處理器或微控制器免受損壞。
■ 測(cè)試和特性表征：在各種工作條件下對(duì)電源電路進(jìn)行全面測(cè)試和特性表征，確保其符合所需的性能規(guī)格。
■ 散熱管理：如果設(shè)計(jì)涉及功耗，應(yīng)考慮添加散熱器或散熱管理解決方案以防止過(guò)熱。
結(jié)語(yǔ)
為微處理器或微控制器選擇正確的電源拓?fù)洌窃O(shè)計(jì)過(guò)程中的重要一步。每種拓?fù)涠加懈髯缘膬?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，選擇何種拓?fù)鋺?yīng)根據(jù)應(yīng)用的具體要求決定。為了做出明智的選擇以確保設(shè)備可靠高效地運(yùn)行，應(yīng)考慮電源效率、輸入電壓范圍和輸出電壓穩(wěn)定性等因素。
但必須注意的是，實(shí)施階段同樣重要。正確的元件選擇、謹(jǐn)慎的布局布線和全面的測(cè)試，對(duì)于充分發(fā)揮所選電源拓?fù)涞臐摿χ陵P(guān)重要。重視這些細(xì)節(jié)能夠讓微處理器和微控制器獲得高效的供電，從而在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)出色的性能。
參考文獻(xiàn)
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2 Cary Delano和Gaurav Mital?！癝IMO Switching Regulators:Extending Battery Life for Hearables and Wearables ”。Maxim Integrated（現(xiàn)已并入ADI公司），2017年11月。
作者簡(jiǎn)介
Jan Michael Gonzales是ADI菲律賓公司的產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師。Jan擁有菲律賓馬尼拉馬普阿大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位和電力電子研究生學(xué)位。在電力電子領(lǐng)域，包括AC-DC和DC-DC電源轉(zhuǎn)換方面，擁有超過(guò)13年的工程經(jīng)驗(yàn)。Jan于2020年加入ADI公司，目前從事工業(yè)應(yīng)用電源解決方案的精密技術(shù)研發(fā)工作。
Ralph Clarenz Matoci?os畢業(yè)于菲律賓馬尼拉Pamantasan ng Lungsod ng Maynila (PLM)，獲電子工程學(xué)士學(xué)位。他在電力電子領(lǐng)域，包括電池管理系統(tǒng)開發(fā)和DC-DC電源轉(zhuǎn)換方面，擁有一年多的工程經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)。
Christian Cruz是ADI菲律賓公司的產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師。他擁有菲律賓馬尼拉東方大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位。他在電力電子和電源控制固件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，包括電源管理解決方案開發(fā)及AC-DC和DC-DC電源轉(zhuǎn)換方面，擁有14年的工程經(jīng)驗(yàn)。Christian于2020年加入ADI公司，目前從事云計(jì)算和系統(tǒng)通信應(yīng)用的電源管理研發(fā)工作。
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本文將深入探討低壓差(LDO)穩(wěn)壓器、降壓、升壓、降壓-升壓和單輸入多輸出(SIMO)等電源拓?fù)湓趯?shí)際使用中需要考慮哪些因素，并評(píng)估其應(yīng)用、重要性、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。評(píng)估旨在通過(guò)提供實(shí)用的見解，幫助工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中做出明智的決策。
內(nèi)核電壓穩(wěn)定的重要性
在深入研究電源拓?fù)涞募?xì)節(jié)之前，必須了解維持處理器和微控制器內(nèi)核電壓穩(wěn)定的重要性。
■ 性能：穩(wěn)定的內(nèi)核電壓可確保器件性能一致且可靠，防止發(fā)生意外崩潰、故障或不穩(wěn)定行為。
■ 電源效率：實(shí)現(xiàn)良好調(diào)節(jié)的內(nèi)核電壓可充分降低電力損耗，從而提升系統(tǒng)的整體能效。
■ 使用壽命長(zhǎng)：電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致器件過(guò)早磨損，縮短其使用壽命。
■ 電磁兼容性(EMC)：穩(wěn)定的內(nèi)核電壓有助于減少電磁干擾(EMI)，從而滿足EMC標(biāo)準(zhǔn)要求，這對(duì)于醫(yī)療設(shè)備和航空航天系統(tǒng)等敏感應(yīng)用至關(guān)重要。
■ 抗擾度：適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)節(jié)可以保護(hù)器件免受外部電噪聲的影響，增強(qiáng)其在高噪聲環(huán)境中的可靠性。
圖1 線性穩(wěn)壓器ADP7142可提供1.8V輸出軌
常見電源拓?fù)?/strong>
微處理器和微控制器常用的電源拓?fù)浒ň€性穩(wěn)壓器和開關(guān)模式電源(SMPS)。降壓、升壓、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器和SIMO轉(zhuǎn)換器都屬于SMPS。每種拓?fù)涠加衅鋬?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。下面深入探討這些拓?fù)?，以便全面了解這些拓?fù)洹?/p>
線性穩(wěn)壓器
線性穩(wěn)壓器是簡(jiǎn)單易用、高性價(jià)比的解決方案，適合低功耗應(yīng)用。無(wú)論輸入電壓如何變化，它都能提供恒定的輸出電壓，多余的電壓以熱量的形式耗散。然而，由于功耗原因，其在大電流應(yīng)用中效率低下。圖1顯示了一個(gè)線性穩(wěn)壓器。
使用LDO穩(wěn)壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有很多因素需要考慮。表1列出了其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
表1 LDO的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
即使輸入電壓接近所需電平，LDO穩(wěn)壓器也能保持穩(wěn)定的輸出電壓，從而確保在低輸入功率下實(shí)現(xiàn)可靠的性能。 | 當(dāng)輸入和輸出電壓相差很大時(shí)，LDO穩(wěn)壓器的效率非常低，多余的功率會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量。在這種情況下，開關(guān)穩(wěn)壓器可能是更節(jié)能的選擇。 |
憑借非常低的輸出噪聲，LDO穩(wěn)壓器在需要提供干凈、穩(wěn)定電壓的應(yīng)用中，例如精密模擬電路和敏感的微控制器中，表現(xiàn)出色。 | 與開關(guān)穩(wěn)壓器相比，LDO穩(wěn)壓器的電流處理能力較低，因此不適合高功率應(yīng)用或有大電流需求的應(yīng)用。 |
與開關(guān)穩(wěn)壓器等替代方案相比，LDO穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，需要的外部元件更少，因此能夠節(jié)省PCB空間并降低復(fù)雜性。 | LDO穩(wěn)壓器往往會(huì)因功率耗散而產(chǎn)生熱量，尤其是在高功率情況下。適當(dāng)?shù)臒峁芾韺?duì)于防止過(guò)熱至關(guān)重要。 |
LDO穩(wěn)壓器能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化，因此非常適合微控制器和數(shù)字處理器等動(dòng)態(tài)應(yīng)用。 | LDO穩(wěn)壓器要求輸入電壓高于所需輸出電壓，這使其在電池供電設(shè)備中的應(yīng)用受限，因?yàn)殡姵仉妷和咏栎敵鲭妷骸?/p> |
超低靜態(tài)電流版本的LDO穩(wěn)壓器可提升電池供電設(shè)備的效率，有效降低待機(jī)功耗。 | 雖然LDO穩(wěn)壓器在許多場(chǎng)景中都具有高性價(jià)比，但與開關(guān)穩(wěn)壓器相比，它們可能不是大電流或高效率應(yīng)用最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。 |
LLDO穩(wěn)壓器具有出色的輸出電壓精度，非常適合需要精確電壓調(diào)節(jié)能力的應(yīng)用。 | 如果輸入電壓明顯高于所需輸出電壓，LDO穩(wěn)壓器可能需要額外的元件（如散熱器或復(fù)雜的保護(hù)電路）才能有效運(yùn)行。 |
開關(guān)模式電源(SMPS)
SMPS由于其高效率而成為微處理器和微控制器常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。SMPS通過(guò)快速開關(guān)功率器件（通常是晶體管），將輸入電壓轉(zhuǎn)換為所需的輸出電壓。它能實(shí)現(xiàn)精確的電壓調(diào)節(jié)，充分降低功耗。圖2展示了降壓、升壓和降壓-升壓拓?fù)洹?/p>
圖2 降壓、升壓和降壓-升壓拓?fù)涫侨N基本SMPS拓?fù)?sup>1
使用SMPS時(shí)，應(yīng)考慮多方面因素，包括其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。表2概述了這些重要方面。
表2 SMPS的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
SMPS效率非常高，作為熱量浪費(fèi)的功率比線性穩(wěn)壓器少，因而是節(jié)能設(shè)備和電池供電應(yīng)用的理想解決方案。 | SMPS的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)比線性穩(wěn)壓器更復(fù)雜，需要額外的元件和先進(jìn)的控制電路。這種復(fù)雜性會(huì)增加開發(fā)成本，并帶來(lái)可靠性挑戰(zhàn)。 |
SMPS能夠處理寬輸入電壓范圍，非常適合需要處理波動(dòng)或不穩(wěn)定電源的應(yīng)用。 | SMPS會(huì)產(chǎn)生EMI，可能影響附近的元件。因此，需要采取額外的濾波和屏蔽措施來(lái)緩解潛在的問(wèn)題。 |
SMPS結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，在尺寸和重量方面均優(yōu)于線性電源，這使其成為存在嚴(yán)格約束的應(yīng)用的優(yōu)選方案。 | 某些SMPS設(shè)計(jì)的輸出電壓紋波可能比線性穩(wěn)壓器高，這對(duì)要求超低噪聲水平的應(yīng)用構(gòu)成了挑戰(zhàn)。 |
即使輸入變化不定，SMPS也能提供穩(wěn)定的輸出電壓，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的可靠供電具有重要意義。 | 盡管SMPS效率很高，但由于需要額外的元件和控制電路，因此制造和設(shè)計(jì)成本較高。 |
SMPS具有快速瞬態(tài)響應(yīng)特性，是需要快速調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載變化的應(yīng)用的優(yōu)選方案。 | SMPS并非萬(wàn)能解決方案，尤其不適合擔(dān)心電噪聲或干擾，或需要干凈直流輸出的應(yīng)用場(chǎng)景。 |
多功能性是SMPS的一項(xiàng)重要優(yōu)勢(shì)，它可以根據(jù)各種輸出電壓和電流要求進(jìn)行定制，從而滿足不同的應(yīng)用需求。 | 某些SMPS設(shè)計(jì)的最大電流處理能力存在限制。對(duì)于高功率應(yīng)用，可能需要較大、較復(fù)雜的SMPS系統(tǒng)。 |
由于產(chǎn)生的熱量極少，SMPS在需要優(yōu)先考慮有效散熱的應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)。 |
SMPS的類型
降壓轉(zhuǎn)換器
降壓轉(zhuǎn)換器是一種特定類型的SMPS，可將輸入電壓降至較低的輸出電壓。它廣泛用于為微控制器和低功耗微處理器供電。降壓轉(zhuǎn)換器的工作原理是開關(guān)器件（通常為晶體管），將能量?jī)?chǔ)存在電感和電容中，然后以受控方式將其傳送到輸出端。圖3展示了系統(tǒng)級(jí)解決方案中使用的降壓轉(zhuǎn)換器，它能高效地將高壓軌轉(zhuǎn)換為3.3 V。
圖3 LT8631微功耗降壓轉(zhuǎn)換器解決方案
選擇降壓轉(zhuǎn)換器作為電源拓?fù)鋾r(shí)，必須權(quán)衡其優(yōu)缺點(diǎn)。表3總結(jié)了這些關(guān)鍵考慮因素。
表3 降壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
降壓轉(zhuǎn)換器以高效地將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓而著稱。與線性穩(wěn)壓器相比，它以熱量形式浪費(fèi)的能量更少。 | 降壓轉(zhuǎn)換器需要復(fù)雜的控制電路才能正常工作，這會(huì)增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并可能出現(xiàn)可靠性問(wèn)題。 |
由于效率高，降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的熱量較少，這對(duì)于注重?zé)峁芾淼膽?yīng)用至關(guān)重要。 | 降壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)動(dòng)作會(huì)產(chǎn)生EMI，因此可能需要額外的濾波和屏蔽措施。 |
降壓轉(zhuǎn)換器通常比線性穩(wěn)壓器更小更輕，適合對(duì)尺寸和重量有限制的應(yīng)用。 | 與線性穩(wěn)壓器相比，某些降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)可能具有更高的輸出電壓紋波。對(duì)于要求超低噪聲水平的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)問(wèn)題。 |
降壓轉(zhuǎn)換器支持非常寬的輸入電壓范圍，能夠與可變或不穩(wěn)定的電源配合使用。 | 降壓轉(zhuǎn)換器只能降低輸入電壓，不適合要求輸出電壓高于輸入電壓的應(yīng)用。 |
降壓轉(zhuǎn)換器具有快速瞬態(tài)響應(yīng)特性，適合需要快速調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載條件變化的應(yīng)用。 | 某些降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的最大電流處理能力存在限制。高功率應(yīng)用可能需要更復(fù)雜的降壓轉(zhuǎn)換器配置。 |
即使輸入電壓波動(dòng)，降壓轉(zhuǎn)換器也能提供穩(wěn)定且調(diào)節(jié)良好的輸出電壓。 | 為降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)和選擇元件時(shí)可能面臨一些挑戰(zhàn)，需要仔細(xì)考慮電感選擇、開關(guān)頻率、控制環(huán)路設(shè)計(jì)等因素。 |
降壓轉(zhuǎn)換器常用于能效至關(guān)重要的電池供電設(shè)備。它能有效降低功率損耗，從而有助于延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間。 |
SIMO轉(zhuǎn)換器
SIMO是一種創(chuàng)新的電源管理技術(shù)，可通過(guò)單個(gè)電感提供多個(gè)穩(wěn)壓輸出。2傳統(tǒng)電源管理電路通常需要為每個(gè)輸出配備單獨(dú)的電感，因此元件數(shù)量較多，占用電路板空間較大，且能量損耗也較高。SIMO簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，讓多個(gè)輸出通道共享單個(gè)電感，從而提高了效率并減小了整體尺寸。圖4展示了用于為多個(gè)輸出軌供電的SIMO設(shè)計(jì)。
采用SIMO轉(zhuǎn)換器作為電源拓?fù)鋾r(shí)，必須考慮多種因素。表4簡(jiǎn)要列出了這種方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
表4 SIMO轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
SIMO技術(shù)通過(guò)讓多個(gè)輸出共享單個(gè)電感來(lái)提高電源效率，減少能量損失——這對(duì)于電池供電設(shè)備而言是一大福音。 | 與傳統(tǒng)電源解決方案相比，SIMO實(shí)現(xiàn)方案在控制和調(diào)節(jié)方面更為復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)多輸出的穩(wěn)定性和可靠性，需要精心設(shè)計(jì)和控制電路。 |
SIMO僅使用一個(gè)電感來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸出，從而縮小了PCB尺寸，這對(duì)于緊湊且空間有限的應(yīng)用而言是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。 | 由于共享單個(gè)電感，SIMO支持的輸出通道數(shù)量通常有限，因此不太適合需要較多電壓電平的應(yīng)用。 |
由于元件更少且電路更簡(jiǎn)單，SIMO可節(jié)省制造成本、降低故障風(fēng)險(xiǎn)并提高器件可靠性。 | 由于共享電感需要適應(yīng)不同的輸出電壓要求，因此SIMO設(shè)計(jì)可能難以敏捷響應(yīng)快速負(fù)載變化。 |
SIMO設(shè)計(jì)的效率更高，產(chǎn)生的熱量更少，因此工作溫度較低，器件壽命得以延長(zhǎng)，無(wú)需復(fù)雜的熱管理。 | 工程師在SIMO設(shè)計(jì)中，需要仔細(xì)權(quán)衡輸出通道數(shù)量、效率和元件數(shù)量。對(duì)于特定應(yīng)用而言，這種權(quán)衡可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。 |
利用SIMO技術(shù)可以打造緊湊且節(jié)能的電源解決方案，因此它非常適合可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和智能手機(jī)。 | 要讓現(xiàn)有設(shè)備適應(yīng)SIMO技術(shù)，可能涉及大量的重新設(shè)計(jì)和重新開發(fā)工作，這給無(wú)縫集成帶來(lái)了潛在障礙。 |
圖4 MAX17270 SIMO轉(zhuǎn)換器配置為提供三個(gè)輸出軌
圖5 升壓轉(zhuǎn)換器LT8336的輸出電壓為24V
升壓轉(zhuǎn)換器
升壓轉(zhuǎn)換器是一種將輸入電壓提升至更高輸出電壓的電源拓?fù)?。升壓轉(zhuǎn)換器在微控制器和微處理器中不太常見，但在需要較高內(nèi)核電壓的應(yīng)用中可找到其身影。在圖5中，升壓轉(zhuǎn)換器用于提供高壓精密放大器的24 V輸出軌。
選擇升壓轉(zhuǎn)換器作為電源拓?fù)鋾r(shí)，必須考慮若干因素。表5清楚概述了這種方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
表5 升壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
高壓應(yīng)用的理想之選：升壓轉(zhuǎn)換器非常適合要求輸出電壓高于輸入電壓的應(yīng)用。 | 效率低于降壓轉(zhuǎn)換器：由于需要提升電壓，升壓轉(zhuǎn)換器的效率通常低于降壓轉(zhuǎn)換器。 |
高效提升輸入電壓：升壓轉(zhuǎn)換器可以高效地將輸入電壓提高到所需的輸出電壓水平。 | 不建議用于能效優(yōu)先的電池供電設(shè)備：對(duì)于注重能效的電池供電設(shè)備而言，升壓轉(zhuǎn)換器可能并非最佳選擇，因?yàn)樗鼤?huì)消耗更多電力，可能會(huì)更快耗盡電池電量。 |
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器兼具降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器的功能，可以降低或升高輸入電壓以提供穩(wěn)定的輸出電壓。這種靈活性使其成為電壓需求多變的應(yīng)用場(chǎng)景的理想選擇。例如，在圖6中，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器用于調(diào)節(jié)電池堆的輸出電壓，該電池堆的輸入電壓可能變化不定。當(dāng)電池堆處于放電模式時(shí)，輸入電壓大約為4.5 V至5 V，而當(dāng)電池堆處于充電模式時(shí)，電芯電壓可能會(huì)降至1.5 V至2.7 V。因此，這類應(yīng)用需要降壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
采用降壓-升壓轉(zhuǎn)換器作為電源架構(gòu)時(shí)，必須考慮若干因素。表6簡(jiǎn)要總結(jié)了這種方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
圖6 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器LTC3114-1配置為提供3.3V輸出電壓
圖7 LT8631降壓轉(zhuǎn)換器性能，由LTpowerCAD?程序生成
表6 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn) | 缺點(diǎn) |
靈活支持不同的輸入和輸出電壓：降壓-升壓轉(zhuǎn)換器支持更寬的輸入和輸出電壓范圍，適用于電源要求多樣的應(yīng)用。 | 相較于更簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換器，其復(fù)雜度適中：降壓-升壓轉(zhuǎn)換器比降壓或升壓轉(zhuǎn)換器等較簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換器拓?fù)涓鼜?fù)雜。這種復(fù)雜性導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)可能需要考慮更多因素，并謹(jǐn)慎選擇元件。 |
非常適合由單電源（如電池）供電的設(shè)備：電池供電設(shè)備的輸入電壓可能存在很大變化；無(wú)論電池的電量水平如何，降壓-升壓轉(zhuǎn)換器都能高效地提供穩(wěn)定的輸出電壓。 | |
采用單電源供電：降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可采用單電源供電，因此適合僅有一個(gè)電源可用的應(yīng)用。 |
選擇拓?fù)鋾r(shí)需考慮的因素
能否為微處理器或微控制器正確選擇電源拓?fù)?，取決于多種因素。以下是一些重要考慮因素：
■ 電源效率：確定設(shè)備的電源要求，選擇高效的拓?fù)湟员M可能減少能耗和發(fā)熱。
■ 輸入電壓范圍：考慮在設(shè)備工作環(huán)境中可能存在的輸入電壓范圍。確保所選的拓?fù)淠軌蜻m應(yīng)此類變化。
■ 輸出電壓：確定微處理器或微控制器所需的內(nèi)核電壓。某些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如降壓-升壓轉(zhuǎn)換器）在這方面更加靈活。
■ 尺寸和重量限制：如果應(yīng)用有空間或重量限制，應(yīng)選擇能夠提供緊湊型、輕量級(jí)解決方案的拓?fù)洹?/p>
■ 成本：評(píng)估項(xiàng)目的成本約束。對(duì)于低功耗應(yīng)用，線性穩(wěn)壓器可能是高性價(jià)比選擇，但對(duì)于更高功率要求，SMPS解決方案可能更具成本效益。
■ EMC考量：如果應(yīng)用需要符合EMC標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)確保所選拓?fù)淇梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)牟季趾蜑V波來(lái)滿足這些要求。
■ 瞬態(tài)響應(yīng)：考慮電源的瞬態(tài)響應(yīng)。微處理器和微控制器往往會(huì)經(jīng)歷負(fù)載突變，具有快速穩(wěn)定響應(yīng)的拓?fù)鋵?duì)于防止電壓下降或過(guò)沖至關(guān)重要。
■ 可靠性：評(píng)估應(yīng)用的可靠性要求。某些拓?fù)洌ㄈ缇€性穩(wěn)壓器）具有較少的元件，在某些場(chǎng)景中可能更可靠。
■ 環(huán)境條件：考慮設(shè)備的工作環(huán)境。對(duì)于電池供電的應(yīng)用，能效至關(guān)重要，而對(duì)于工業(yè)應(yīng)用，穩(wěn)健性和抗擾度可能更為關(guān)鍵。
實(shí)用的實(shí)施技巧
選擇合適的電源拓?fù)浜?，借助以下一些?shí)用技巧可成功實(shí)施：
■ 元件選擇：選擇高質(zhì)量的元件，包括電感、電容和晶體管，以確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
■ 布局和布線：仔細(xì)規(guī)劃PCB上電源電路的布局和布線。盡量減小環(huán)路面積，并使用適當(dāng)?shù)慕拥丶夹g(shù)，以降低噪聲并改善EMC性能。
■ 濾波：根據(jù)需要添加輸入和輸出濾波器，以抑制EMI并確保輸出電壓干凈穩(wěn)定。
■ 保護(hù)：實(shí)施過(guò)壓、欠壓和過(guò)流保護(hù)機(jī)制，以保護(hù)微處理器或微控制器免受損壞。
■ 測(cè)試和特性表征：在各種工作條件下對(duì)電源電路進(jìn)行全面測(cè)試和特性表征，確保其符合所需的性能規(guī)格。
■ 散熱管理：如果設(shè)計(jì)涉及功耗，應(yīng)考慮添加散熱器或散熱管理解決方案以防止過(guò)熱。
結(jié)語(yǔ)
為微處理器或微控制器選擇正確的電源拓?fù)洌窃O(shè)計(jì)過(guò)程中的重要一步。每種拓?fù)涠加懈髯缘膬?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，選擇何種拓?fù)鋺?yīng)根據(jù)應(yīng)用的具體要求決定。為了做出明智的選擇以確保設(shè)備可靠高效地運(yùn)行，應(yīng)考慮電源效率、輸入電壓范圍和輸出電壓穩(wěn)定性等因素。
但必須注意的是，實(shí)施階段同樣重要。正確的元件選擇、謹(jǐn)慎的布局布線和全面的測(cè)試，對(duì)于充分發(fā)揮所選電源拓?fù)涞臐摿χ陵P(guān)重要。重視這些細(xì)節(jié)能夠讓微處理器和微控制器獲得高效的供電，從而在各種應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)出色的性能。
參考文獻(xiàn)
1 “An Introduction to Switch-Mode Power Supplies ”。Maxim Engineering Journal，第61卷，2007年9月。
2 Cary Delano和Gaurav Mital?！癝IMO Switching Regulators:Extending Battery Life for Hearables and Wearables ”。Maxim Integrated（現(xiàn)已并入ADI公司），2017年11月。
作者簡(jiǎn)介
Jan Michael Gonzales是ADI菲律賓公司的產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師。Jan擁有菲律賓馬尼拉馬普阿大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位和電力電子研究生學(xué)位。在電力電子領(lǐng)域，包括AC-DC和DC-DC電源轉(zhuǎn)換方面，擁有超過(guò)13年的工程經(jīng)驗(yàn)。Jan于2020年加入ADI公司，目前從事工業(yè)應(yīng)用電源解決方案的精密技術(shù)研發(fā)工作。
Ralph Clarenz Matoci?os畢業(yè)于菲律賓馬尼拉Pamantasan ng Lungsod ng Maynila (PLM)，獲電子工程學(xué)士學(xué)位。他在電力電子領(lǐng)域，包括電池管理系統(tǒng)開發(fā)和DC-DC電源轉(zhuǎn)換方面，擁有一年多的工程經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)。
Christian Cruz是ADI菲律賓公司的產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師。他擁有菲律賓馬尼拉東方大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位。他在電力電子和電源控制固件設(shè)計(jì)領(lǐng)域，包括電源管理解決方案開發(fā)及AC-DC和DC-DC電源轉(zhuǎn)換方面，擁有14年的工程經(jīng)驗(yàn)。Christian于2020年加入ADI公司，目前從事云計(jì)算和系統(tǒng)通信應(yīng)用的電源管理研發(fā)工作。
評(píng)論