【硬件设计】降压电源电路设计

【硬件设计】降压电源电路设计

摘要：

• 单片机电源电路如何设计？
• 如何设计 12V 转 5V ？
• 如何设计 5V 转 3.3V 电路？
• 电源隔离和模数隔离是什么？

一、前言

搞嵌入式开发不仅仅局限于软件层面，肯定要掌握一些基本的原理图设计，以及 2 层板的 PCB 布线，在设计开发板的过程中，我们的电子元件经常要使用到各种电压，这些电压一般情况下由更高的电压降压获得，比如我们有电源 12V，想获得 5V 和 3.3V 电压，就可以使用降压芯片来降压获得，但电源设计时也需要注意一些要点，注意一下降压芯片和降压电路使用场景，稍有不慎用错地点就会导致翻车，轻则少几顿饭，重则重开

二、低压差降压电源设计

低压差降压电路，是指输入电压和输出电压的压差较小，大概 1.5V-3V 左右，这个电路的设计一般使用线性 LDO，即线性稳压源，该稳压源工作在线性区，简单说就是电阻分压，只能用于降压变换，输出电流基本上等于输入电流，当输入输出压差大时，系统转换效率较低，功耗也会变的很高，一般在单片机设计中经常使用 AMS1117 来进行低压差电压设计，因为电路简单，比如 5V 降压到 3.3V：

只需要一个芯片，加几个电容即可进行降压，成本低，降压效果也不错

可能你看到这个电路，就想那我能不能用 LDO 来将 12V 降压到 5V 呢？这里我极不推荐使用线性稳压源来降压 12V 以获取 5V 电压，12V 到 5V 间的压差是 7V，如果电流稍微大一点，功耗会极高，说白了就是发热严重，就算你只接一个单片机，加个 TFT 屏幕，AMS 都会发热严重，所以线性 LDO 只适合低压差降压，高压差不推荐（输出电流极小的情况也可以考虑）

三、高压差降压电源设计

高压差的电源设计，推荐使用开关电源进行降压，开关电源简单的理解就是对输入电源进行开关，对输出进行处理后获取一个电压输出，在单片机设计中，高压差降压一般使用开关电源来处理

因为在高压差的情况下，开关电源效率高，功耗小，尤其在需要输出电流较大的情况下发热不会太严重，一般单片机我们的供电是 12V 的直流，想要用它来获取 5V 的直流，所以推荐使用 DC-DC 开关电源转换电路，就是对 DC（直流）电源进行开关，获取 DC（直流）输出

开关电源一般外部元件较多，设计布局要稍微注意注意，这里我展示一个常用的大电流开关电源设计（12V - 5V），使用 XL4015 电源芯片，转换效率可达95%，电流最高可达 5A！

四、电源中的隔离

4.1 电源隔离

单片机电源设计中经常会遇到一些需要隔离的情况，比如说我使用光耦隔离模块来控制一个外部电路的导通，而外部电路也需要使用到单片机的供电，如果我们直接将单片机电源提供给外部的电路，那光耦隔离等于没有做了，要想彻底隔离开，电源也要做隔离，一般有两种方法：

• 用两套电源
• 使用一套电源，但在不同电源间加隔离芯片，比如下面的光耦隔离电路，单片机的电源和光耦控制电路输出的电源使用隔离芯片进行隔离

4.2 模数隔离

除了电源的隔离，在一些模拟电路和数字电路之间会产生干扰，比如

• 地线阻抗不是0，当电流流经它时就会有电压降，使得各处的参考地电压不再相同，尤其是数字电路上的脉冲干扰电压影响模拟电路，数字信号一般为矩形波，带有大量的谐波。如果电路板中的数字地与模拟地没有从接入点分开，数字信号中的谐波很容易会干扰到模拟信号的波形。
• 同样模拟信号为高频或强电信号时，也会影响到数字电路的正常工作

所以我们对模拟电路和数字电路也要做模数隔离，常用的方法就是将两块电路的 GND 单独加 0 欧电阻然后接入到电源地，因为 0 欧电阻单点接地，可以限制噪声，同时因为 0 欧电阻也有阻抗，对所有频率的噪声都有衰减作用，可以限制噪声电流通过，具体接法如下面的原理图所示：