硬件设计-电源篇

这是一篇关于硬件设计-电源篇的思维导图，主要内容包括：（3）电源设计技巧，（2）电源设计难点，（1）明确电源需求。

硬件设计-电源篇

• （1）明确电源需求
  • 输入/输出参数：确定输入电压范围（如AC 100-240V或DC 12-48V）、输出电压/电流精度（如±1%）、纹波要求（如<50mVpp）。
  • 负载特性：区分负载类型（容性、感性、动态负载）及瞬态变化频率（如CPU突发功耗）。
  • 环境因素：工作温度范围（工业级-40℃~85℃）、湿度、振动等，需选用耐高温电容或灌封工艺。
• （2）电源设计难点
  • （一）电磁干扰（EMI）问题
    • 传导干扰：添加输入π型滤波器（X电容+Y电容+共模电感）， 如TDK的ACM系列。开关管加缓冲电路（RCD吸收）。
    • 辐射干扰：关键高频路径（如SW节点）覆铜包地，缩短环路面积。 使用展频技术（如ADI的Silent Switcher）。
  • （二）电源效率与散热平衡
    • 损耗分析：导通损耗（MOSFET Rds_on）、开关损耗（与频率正相关）、电感铁损。
    • 散热设计：计算热阻（如TO-220封装RθJA=50℃/W），必要时加散热片或风扇。 高温场景优先选用SiC或GaN器件（如Cree的C3M系列）。
  • （三）负载瞬态响应
    • 环路补偿设计：通过波特图调整Type II/III补偿网络，相位裕度需>45°。
    • 动态响应增强：增加输出电容（低ESR固态电容）， 或采用电压前馈技术（如TI的D-CAP3架构）。
• （3）电源设计技巧
  • （一）采用多层PCB设计
    • 层叠规划：4层板典型结构：Top（信号）—GND—Power—Bottom（信号）。
    • 过孔优化：功率路径过孔阵列（如4个过孔并联）减少电流密度。
    • 关键电源层使用厚铜（如2oz）降低阻抗。
  • （二）使用软启动电路
    • 实现方式：通过RC电路控制使能引脚斜率（如TPS5430的SS引脚接10nF电容）。
    • 数字电源可通过PMBus配置启动时间（如LTC3889）。
    • 避免冲击电流：限制上电瞬间电容充电电流，防止保险丝熔断或MOSFET损坏。
  • （三）优化反馈电路
    • 抗噪声设计：反馈走线远离电感、变压器，采用差分走线或屏蔽层。
    • 添加RC低通滤波（如1kΩ+100pF）抑制高频噪声。
    • 精度提升：使用高精度基准源（如REF5025，±0.05%精度） 反馈电阻选0.1%温漂型。