硬件学习系列——设计之中——1电源设计的总体方案

电源设计的总体方案：          纹波  噪声   上电顺序

1、确定较大元器件的各个电压：3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V；

2、估算CPU、PHY、FPGA、CPLD、单片机、存储器等，各个电压等级的最大电流；

3、计算电源芯片LDO或DC/DC输出电压对应的总电流；

4、根据总电流、输入输出电压确定电源芯片的效率；

5、根据电源芯片的效率、输出电流、输入输出电压计算芯片的最大损耗；

6、根据datasheet提供的数据算出芯片在最大输出电流情况下的结温（确定最高使用环境温度），比较是否小于芯片能承受的最大结温；

7、根据输出电流I、允许最大纹波V，及公式V=ESR*I推算出所需要使用电容ESR。

8、根据计算出的电容ESR与C固定的比例关系，推算出电源芯片输出端需要的电容容值；

9、根据电源芯片datasheet确定反馈电压的电阻阻值；

10、根据电源芯片datasheet确定外置电感的感值；

11、根据电源芯片工作的开关频率和电容的去耦半径、电容的去耦频率，在电源芯片的输入输出增加数量不等瓷片电容。

AC/DC  DC/DC称为开关电源

DC/AC  AC/AC称为逆变器和变频器

LDO内部的晶体管工作在线性区，无法实现输入端和输出端的有效隔离 ，功耗较大。LDO成本低

DC/DC通过控制MOSFET的开关时间来控制输入输出回路的连通和断开的时间，进而输出不同的电压值，能耗较低。DC/DC的电流相对较大，输入输出有效隔离，但电路设计复杂成本较高。  输入与输出之间有少量延时。纹波和噪声较大。

纹波：呈现出规律性，类似交流成分。开关电源纹波的频率与开关管的纹波频率相同。如下图所示。其是跌在在输出直流上的交流成分。

噪声：无规律随机，受电路中非设计内因素影响，是开关电源产生的一种高频脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，噪声的频率比开关频率高的多。噪声很大程度上与电路中寄生参数以及测试时候的外部电磁环境，PCB内部的干扰等有关。

电源设计的时候除了保证各个模块的正常供电  电压  电流外，还应该注意有时存在对各个模块上电时序的要求：

例如：  对于主控芯片来说，一般内核部分先上电，外围的SDRAM或其它的外围电路后上电。

可以通过控制电源芯片的使能引脚或通过控制BJT（MOSFET）来控制上电。

 

上电顺序的控制有以下几种方式：

1、DC/DC电源芯片转换的使能控制端；

2、基于专用的电源综合管理芯片  ）——如TPS51116

PMIC的主要功用为控制电量流量及流向以配合主系统需要。在多个电源(例如，外部真流电源、电池、USB电源等)，选取、分配电力给主系统各部分使用，例如提供多个不同电压的电源，并负责为内部电池充电。因为使用的系统多以电池为电源，其多使用高转换效率的设计，以减少功率损耗。

3、基于延时的缓启动电路对MOSFET栅级的驱动使能

4、基于CPU的IO口对MOSFET的栅级的控制。