板级电源究竟该怎么选型芯片？（实战篇）

写在前面

大家在做板级电源设计的时候往往会有一种惯性思维：
要么选择自己曾经用过的电源芯片来搭建电路；
要么直接选公司或者实验室里现有的一些模块；
但是你选的这个电源器件很有可能是不符合你的使用场景的，这就会造成很多的问题。
经典的不一定是最好的，经典也有过时的时候！
当然涉及到板级电源的设计是一个很大的工程，很难一下子全说完，所以这次只把大家对电源进行初步设计的时候常用的四种板级电源进行一个简单的介绍。

REF电压基准源

电压基准，大多数人在设计的时候都会下意识的去忽略它，觉得只要是个电源都可以拿来当电压基准REF。
咱们先讲一讲就是为什么会用的电压基准REF？
这就不得不提信号链路的概念：

在信号链路中最重要的一环ADC、DAC都需要用到电压基准，也是我们常说的参考电压。

大家可以这样简单的理解，信号链路对嵌入式系统来讲就像人的五觉（视觉嗅觉听觉……），来接受来自环境或者自然界的各种信号，但是自然界的信号很多都是模拟量，可我们的CPU只能识别数字信号呀，那可怎么办呢？
别怕，我们可以通过ADC把模拟信号转化为数字信号。
这个转化的过程就需要参考电压REF的存在。

所以我们对这个电压基准的要求就很高了：精密、稳定、可靠、低噪声、可以恒定不变。

分类

并联型：使用二极管或者稳压管。

串联型：使用特有的芯片，给它一个电压，它给你一个稳定的参考电压输出。

那么这些参数基准有哪些参数指标，是我们在设计的时候需要去注意的呢？

低噪声

先提一个问题：为什么高精度的ADC做不到期望的采样位数？
不管是芯片内置的或者外挂的ADC采样，你都很做到数据手册里介绍的那样的精度。
这是为什么？很大一部分原因就是来自于参考基准电压的噪声。

比如说现在有一个24位的采样芯片，当基准电压是3.3V时，其最小分度如下图：

如果这个时候我选择了一款REF芯片3325，它的噪声参数如上图右边所示。
2.5V的参考输出，1mA的输出电流（因为是做参考电压，输出电流只要不太大就行），有70μV的噪声。
很显然，撑死了你这次采样精度只能到16位。

初始电压精度/温度稳定性/长期漂移

这三个参数我放在一起说
在讲之前，大家可以去下载一下这个说明手册：（放心中文的，我检查过了）
https://www.semiee.com/2aa13a52-d1ea-4634-9238-ebb16b16c99b.html

打开之后，看第一页就行：

高准确度决定初始电压精度；
低漂移决定温度稳定性；
长期漂移指的是时间引起的电压变化。

静态电流

静态电流其实对于采样电路来说，越小越好，因为一个外置设备，可能是想要正常工作一两年的，想要减少功耗，当然是静态电流越小越好。

小结

综上，大家在选取电压基准源的时候，要按照以下要求：

首先，要明确你的ADC采样需要多少的精度以及最小分度；
考虑你的工作环境、温度稳定性去算这个误差，保证在你可以承受的范围之内
剩下的只要噪声、初始精度和稳定性能达到要求就行

LDO

LDO可以说是入门电源设计最简单的一种电路了，但简单并不意味着没有风险。

风险一：芯片的温升

输出电流能力、芯片最小压差、实际工况压差、封装热阻都是影响芯片温升的相关参数。

具体可以参考我的这篇笔记：[低压差线性稳压器LDO](https://www.yuque.com/docs/share/0362d18d-a27f-42b6-9ada-f0c5c1351f5c?# 《线性稳压器LDO》)

风险二：瞬态响应

其实这应该说是LDO芯片的一个参数，或者说收据手册里面的一张图。

Transient Response大家可以留意一下，一些国产1117芯片的数据手册，很少有厂家敢把这个测试记录放上去。

风险三：功耗

提到功耗，就不得不说静态电流。下面是四种1117芯片的对比图：

当然这个和电压基准源不一样，静态电流不是说越小越好，因为要考虑到后面所接负载的驱动电流，所以要综合考量。

Buck/Boost

三个类型的DC/DC开关电源对比：

区别一：看电感值

1的电感值是47μH，而2的只需要2.2μH
同样的电流，我的电感值只有你的十分之一，体积可以大大的减小；
其次电感值越大，意味着电流要绕很多圈数，造成很大的铜损。

区别二：看输出电容

2、3明显远小于1的电容值。

区别三：看占板面积

差别更大。2、3所占空间非常小。

区别四：有无外置的续流二极管

现在大多新的DC/DC外围开关电路，都不在需要二极管了，而是采用芯片内置的MOS管来代替，我们叫这种方式为同步整流。
以前那种老方式，需要外部二极管的，我们叫非同步整流。

一些平时不注意的参数

开关频率与转换效率

这两个参数是一对需要平衡的冤家。

我们先来说说，为什么会有开关频率与转换效率这两个指标，也就是说这两个指标有啥好处或者容易被什么影响？
频率可调：通过外部电路的阻容值搭配，可以实现频率可调的目的，以获得下面的好处。
频率越高，开关损耗越大，占据主导地位。频率低了，电感和容值都会增加。

纹波及EMI

以前老是说纹波如何如何，但从来没有去解释过纹波是怎么来的，所以这里重点介绍一下。
下图是一个非常典型的Buck电路，这类电路的基本原理就是：开关管的开关与储能电感能量的释放。

在上管打开时，电流走的是蓝色的路线，通过电感和负载形成一个环路。
当上管关闭，下管打开时，因为电感的电流是不能突变的，所以会电流走绿色的线条。

这里的下管就类似于以前续流二极管所起的作用，是电感L释放自己能量的通路。