DC-DC 系統(tǒng)級電源設(shè)計

作者：駿龍科技

本文旨在幫助大家更好地建立對 DC-DC 電源系統(tǒng)的完整認知。從項目的實際需求出發(fā)，選擇適合自身的解決方案，在項目計劃時間內(nèi)，設(shè)計出性能符合技術(shù)標(biāo)準的電源系統(tǒng)。

電源系統(tǒng)的重要性

一個良好的電源系統(tǒng)可以充分發(fā)揮各個硬件部分最基本的功能，讓硬件系統(tǒng)安全穩(wěn)定地工作。只有硬件系統(tǒng)安全穩(wěn)定且可靠地運行，基于硬件的各種性能才能充分被利用，而各種應(yīng)用軟件也能正常安穩(wěn)運行。下圖 (圖1) 為 ADI 信號鏈系統(tǒng)電源評估套件：

圖1 ADI 信號鏈系統(tǒng)電源評估套件

電源系統(tǒng)應(yīng)用場景與性能需求

根據(jù)不同的設(shè)備和應(yīng)用場景，工程師對電源系統(tǒng)的需求也會有所不同。如下表 (表1) 所示：

表1 電源系統(tǒng)應(yīng)用場景與性能需求

把上述性能需求整合到一起，相信是不少工程師對電源系統(tǒng)的理想追求。然而，在電源系統(tǒng)設(shè)計中，沒有極至完美的器件、理論和解決方案，電源產(chǎn)品有其性能邊界。

性能合格的電源

一個性能合格的電源需要滿足以下幾個條件：

在正常輸入電壓條件下能正常啟動

啟動是一個很關(guān)鍵的問題，也是一個我們經(jīng)常會遇到的問題狀態(tài)。我們需要滿足在正常輸入電壓條件下可以正常啟動，并考慮啟動過程是否需要帶負載。

符合輸出電壓精度需求

輸出電壓精度需求包含穩(wěn)態(tài)和動態(tài)參數(shù)，穩(wěn)態(tài)指的是電源穩(wěn)定帶一個確定負載的輸出狀態(tài)，而動態(tài)指的是后級設(shè)備有負載跳變的狀態(tài)。

穩(wěn)態(tài)需要保證正常的電壓精度和紋波；動態(tài)最基本的保障是：負載切換過程中不會造成后級負載過壓、欠壓。而后級負載切換過程中，輸出電壓跳變理論上越小越好。優(yōu)秀的設(shè)計要做到滿足技術(shù)需求。

符合輸出電流性能

輸出電流需要可以支持啟動狀態(tài)、穩(wěn)定工作狀態(tài)、以及動態(tài)負荷。

整個電源運作的溫升和高轉(zhuǎn)換效率

對于電池供電的設(shè)備，很多狀態(tài)下需要優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)換效率。因為高轉(zhuǎn)換效率可以提高系統(tǒng)續(xù)航時間，長續(xù)航時間可以直接轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的實際價值。

對于小體積設(shè)備，很多時候我們也需要優(yōu)先考慮電源轉(zhuǎn)換效率，因為電源轉(zhuǎn)換效率直接影響到系統(tǒng)的發(fā)熱量，而發(fā)熱量又直接關(guān)乎到整個系統(tǒng)的溫升，溫升在很大程度上會對系統(tǒng)的可靠性和壽命造成影響。

達標(biāo)的電源壽命

電解電容、光耦都是有壽命的器件。壽命到期，器件性能劣化，最終導(dǎo)致性能失效。電解電容的壽命和溫升直接相關(guān)，而光耦的壽命和工作年限直接相關(guān)。

合理制定項目需求

做項目一開始要分析或確定技術(shù)參數(shù)的合理性。技術(shù)需求定的太高，物料成本、研發(fā)周期、以及開發(fā)難度都會隨之增大，甚至是無法實現(xiàn)。參數(shù)定的太保守，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性會埋下隱患，反而需要做大量的細節(jié)工作來避免隱患。

我們最經(jīng)常遇到的問題：這一路電源輸出電流做到多大合適？

這個問題，大家可以從 “ 性能合格的電源 ” 章節(jié)中談及的 “ 符合輸出電流性能 ” 中得到解答。在滿足電源性能合格的五個條件下，把電路難度、成本、開發(fā)周期做到最低，就已經(jīng)非常理想。

PCB 占板面積評估規(guī)劃

一個系統(tǒng)一般不止一路電源，在考慮電源方案的時候，每一部分的占板面積需要提前做好規(guī)劃。一旦確定好占板面積，基本就能確定是選擇分離器件還是選擇集成方案。確定占板面積最關(guān)鍵的一個因素，即是這一路電源的發(fā)熱功率，單位面積的 PCB 能承受的熱功率、散熱方式、以及散熱條件都有很大的相關(guān)性。

選用 Mos 內(nèi)置方案占板面積小，但是電路發(fā)熱集中，要小心器件過熱。分離器件方案功率器件都是單獨器件，發(fā)熱器件相對分散，對散熱有利。提高電源的轉(zhuǎn)換效率，可以降低單位功率的發(fā)熱量，減小占板面積。下圖 (圖2) 為 ADI 信號鏈電源 (SCP) 硬件評估平臺：

圖2 信號鏈電源 (SCP) 硬件評估平臺

總結(jié)

我們在開發(fā)一個全新電源系統(tǒng)之前，要先對電源系統(tǒng)有充分的理解，進而明確需求、制定合適的性能指標(biāo)，才能對項目的應(yīng)用場景以及方案實現(xiàn)難度做出具體評估。在此基礎(chǔ)上制定出的項目解決方案，會最大化地接近實際需求。

駿龍科技作為 ADI 一級代理商，在高性能電源推廣和技術(shù)支持領(lǐng)域深耕十余載，有著深厚的技術(shù)底蘊和經(jīng)驗積累。欲了解更多技術(shù)細節(jié)和 ADI 相關(guān)方案，您可以點擊下方「聯(lián)系我們」，提交您的需求，我們駿龍科技公司愿意為您提供更詳細的技術(shù)解答。

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