電源基礎(chǔ)——你不能不知道的知識
對于每個電路設(shè)計者來說,電源基本上是百分之百會遇到的問題,在以嵌入式設(shè)計為主的設(shè)計中,更是如此。對于很多的弱電設(shè)計者來說,功率電子方面的知識就很欠缺了,當(dāng)然在設(shè)計硬件時,就會遇到這樣那樣的問題。電源的問題也是博大精深,本文就電源的基礎(chǔ)知識做一簡單的總結(jié),有不正確的地方,還請讀者不吝賜教,共同學(xué)習(xí)交流。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/228169.htm電源設(shè)計中,常用的變換形式有DC-DC、AC-DC,有線性電源,也有開關(guān)電源。開關(guān)電源以其高效率,低成本等優(yōu)勢在大功率(一般大于10W)和多電壓輸出要求的設(shè)計中應(yīng)用越來越多。一般來說,線性電源的效率為30%-50%左右,而開關(guān)電源則高達(dá)70%-90%,所以在手持設(shè)備,低功耗要求的設(shè)計中,幾乎都是開關(guān)電源的天下。
常用的開關(guān)電源有以下幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):
1)Buck
2) boost
3)buck/boost
4) flyback
5) full-bridge
6) half-bridge
7) half-forward
8) push-pull
在電源設(shè)計中需考慮以下幾個方面:
1)輸入輸出是否隔離。未有隔離的電源,當(dāng)開關(guān)出現(xiàn)問題時(短路或是斷路),輸入電壓就會直接連接到輸 上,給后級電路造成傷害。比如buck、boost、buck/boost等
2)電感或是變壓器上電壓大小
3)電感、二極管和開關(guān)上流經(jīng)的電流峰值大小
4)是否要求多電壓值輸出
5)電容上電壓峰值多少
常用的電源設(shè)計中,開關(guān)、反饋等控制部分被集成到一個IC中,設(shè)計者僅需根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的電容、二極管、電感即可。這三者也是構(gòu)成開關(guān)電源的基本器件。下面以LM2596為例,討論下電源外圍此三者的選型要求。
上圖是LM2596的datasheet中的典型應(yīng)用電路。LM2596是典型的buck電路,下面就以LM2596為例分別討論Cin、D1、L1和Cout的選擇。
1、 Cin
Cin電容在電路中起到的是bypass的作用,一般選擇低ESR的鋁電解電容或是鉭電容,若是選擇鋁電解電容則其耐壓值至少是輸入最大電壓的1.5倍,如選擇鉭電容則其耐壓值必須是輸入最大電壓的2倍。同時電容的RMS電流應(yīng)該至少大于負(fù)載電流的1/2.
2、 D1
該二極管應(yīng)選擇快恢復(fù)二極管,同時反向擊穿電壓至少應(yīng)該大于最大輸入電壓的1.25倍。額定電流至少是負(fù)載電流的2.3倍。肖特基二極管是best choice,這主要是因?yàn)樗麄兊膄ast switch speed和low forward voltage drop. 整流二極管1N4000系列、1N5400系列都是開關(guān)速度太慢不適合在此使用,推薦使用1N58xx系列。
3、 L1
電感一般選擇繞線型電感,耐流值一般應(yīng)大于最大負(fù)載電流的1.5倍。電感的大小有輸入電壓,最大負(fù)載電流決定??捎衐atasheet的圖表查看得出。
4、 Cout
在大多數(shù)應(yīng)用中,推薦使用低ESR的電解電容(比如鋁電解電容)或是鉭電容。電容的大小范圍一般也是有限制的。比如LM2596電解電容需在82uF和820uF之間,鉭電容一般在10uF-470uF之間。電容的耐壓值應(yīng)該比輸出電壓大1.5倍。
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