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如何為處理器、微控制器和高功率器件選擇電源拓?fù)?/h1>
作者:Jan Michael Gonzales,產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師;Ralph Clarenz Matocinos,產(chǎn)品應(yīng)用助理工程師;Christian Cruz,產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師 時(shí)間:2025-04-28 來源:EEPW 收藏
編者按:本文是一份詳盡的指南,旨在說明如何為處理器、微控制器和高功率信號鏈選擇合適的電源拓?fù)?。本文?qiáng)調(diào)了高效可靠的功率轉(zhuǎn)換在信號鏈中的重要作用,并著重說明了此類結(jié)構(gòu)緊湊但功能強(qiáng)大的電源器件在不同電子應(yīng)用中的重要性。無論是在消費(fèi)電子應(yīng)用還是工業(yè)自動化環(huán)境中,處理器和微控制器等器件都是主要處理單元,需要穩(wěn)定且精確調(diào)節(jié)的電源才能實(shí)現(xiàn)出色性能。本指南同時(shí)還強(qiáng)調(diào),選擇合適的電源架構(gòu)對于確保系統(tǒng)無縫高效運(yùn)行具有重要意義。


本文引用地址:http://www.ljygm.com/article/202504/469946.htm

簡介

本文將深入探討低壓差(LDO)穩(wěn)壓器、降壓、升壓、降壓-升壓和單輸入多輸出(SIMO)等

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

即使輸入電壓接近所需電平,LDO穩(wěn)壓器也能保持穩(wěn)定的輸出電壓,從而確保在低輸入功率下實(shí)現(xiàn)可靠的性能。

當(dāng)輸入和輸出電壓相差很大時(shí),LDO穩(wěn)壓器的效率非常低,多余的功率會轉(zhuǎn)化為熱量。在這種情況下,開關(guān)穩(wěn)壓器可能是更節(jié)能的選擇。

憑借非常低的輸出噪聲,LDO穩(wěn)壓器在需要提供干凈、穩(wěn)定電壓的應(yīng)用中,例如精密模擬電路和敏感的微控制器中,表現(xiàn)出色。

與開關(guān)穩(wěn)壓器相比,LDO穩(wěn)壓器的電流處理能力較低,因此不適合高功率應(yīng)用或有大電流需求的應(yīng)用。

與開關(guān)穩(wěn)壓器等替代方案相比,LDO穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)更簡單,需要的外部元件更少,因此能夠節(jié)省PCB空間并降低復(fù)雜性。

LDO穩(wěn)壓器往往會因功率耗散而產(chǎn)生熱量,尤其是在高功率情況下。適當(dāng)?shù)臒峁芾韺τ诜乐惯^熱至關(guān)重要。

LDO穩(wěn)壓器能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化,因此非常適合微控制器和數(shù)字處理器等動態(tài)應(yīng)用。

LDO穩(wěn)壓器要求輸入電壓高于所需輸出電壓,這使其在電池供電設(shè)備中的應(yīng)用受限,因?yàn)殡姵仉妷和咏栎敵鲭妷骸?/p>

超低靜態(tài)電流版本的LDO穩(wěn)壓器可提升電池供電設(shè)備的效率,有效降低待機(jī)功耗。

雖然LDO穩(wěn)壓器在許多場景中都具有高性價(jià)比,但與開關(guān)穩(wěn)壓器相比,它們可能不是大電流或高效率應(yīng)用最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。

LLDO穩(wěn)壓器具有出色的輸出電壓精度,非常適合需要精確電壓調(diào)節(jié)能力的應(yīng)用。

如果輸入電壓明顯高于所需輸出電壓,LDO穩(wěn)壓器可能需要額外的元件(如散熱器或復(fù)雜的保護(hù)電路)才能有效運(yùn)行。

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

SMPS效率非常高,作為熱量浪費(fèi)的功率比線性穩(wěn)壓器少,因而是節(jié)能設(shè)備和電池供電應(yīng)用的理想解決方案。

SMPS的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)比線性穩(wěn)壓器更復(fù)雜,需要額外的元件和先進(jìn)的控制電路。這種復(fù)雜性會增加開發(fā)成本,并帶來可靠性挑戰(zhàn)。

SMPS能夠處理寬輸入電壓范圍,非常適合需要處理波動或不穩(wěn)定電源的應(yīng)用。

SMPS會產(chǎn)生EMI,可能影響附近的元件。因此,需要采取額外的濾波和屏蔽措施來緩解潛在的問題。

SMPS結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕,在尺寸和重量方面均優(yōu)于線性電源,這使其成為存在嚴(yán)格約束的應(yīng)用的優(yōu)選方案。

某些SMPS設(shè)計(jì)的輸出電壓紋波可能比線性穩(wěn)壓器高,這對要求超低噪聲水平的應(yīng)用構(gòu)成了挑戰(zhàn)。

即使輸入變化不定,SMPS也能提供穩(wěn)定的輸出電壓,這對于實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的可靠供電具有重要意義。

盡管SMPS效率很高,但由于需要額外的元件和控制電路,因此制造和設(shè)計(jì)成本較高。

SMPS具有快速瞬態(tài)響應(yīng)特性,是需要快速調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載變化的應(yīng)用的優(yōu)選方案。

SMPS并非萬能解決方案,尤其不適合擔(dān)心電噪聲或干擾,或需要干凈直流輸出的應(yīng)用場景。

多功能性是SMPS的一項(xiàng)重要優(yōu)勢,它可以根據(jù)各種輸出電壓和電流要求進(jìn)行定制,從而滿足不同的應(yīng)用需求。

某些SMPS設(shè)計(jì)的最大電流處理能力存在限制。對于高功率應(yīng)用,可能需要較大、較復(fù)雜的SMPS系統(tǒng)。

由于產(chǎn)生的熱量極少,SMPS在需要優(yōu)先考慮有效散熱的應(yīng)用中具有優(yōu)勢。


優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

降壓轉(zhuǎn)換器以高效地將較高的輸入電壓轉(zhuǎn)換為較低的輸出電壓而著稱。與線性穩(wěn)壓器相比,它以熱量形式浪費(fèi)的能量更少。

降壓轉(zhuǎn)換器需要復(fù)雜的控制電路才能正常工作,這會增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性,并可能出現(xiàn)可靠性問題。

由于效率高,降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的熱量較少,這對于注重?zé)峁芾淼膽?yīng)用至關(guān)重要。

降壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)動作會產(chǎn)生EMI,因此可能需要額外的濾波和屏蔽措施。

降壓轉(zhuǎn)換器通常比線性穩(wěn)壓器更小更輕,適合對尺寸和重量有限制的應(yīng)用。

與線性穩(wěn)壓器相比,某些降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)可能具有更高的輸出電壓紋波。對于要求超低噪聲水平的應(yīng)用來說,這可能是一個(gè)問題。

降壓轉(zhuǎn)換器支持非常寬的輸入電壓范圍,能夠與可變或不穩(wěn)定的電源配合使用。

降壓轉(zhuǎn)換器只能降低輸入電壓,不適合要求輸出電壓高于輸入電壓的應(yīng)用。

降壓轉(zhuǎn)換器具有快速瞬態(tài)響應(yīng)特性,適合需要快速調(diào)整以適應(yīng)負(fù)載條件變化的應(yīng)用。

某些降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的最大電流處理能力存在限制。高功率應(yīng)用可能需要更復(fù)雜的降壓轉(zhuǎn)換器配置。

即使輸入電壓波動,降壓轉(zhuǎn)換器也能提供穩(wěn)定且調(diào)節(jié)良好的輸出電壓。

為降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)和選擇元件時(shí)可能面臨一些挑戰(zhàn),需要仔細(xì)考慮電感選擇、開關(guān)頻率、控制環(huán)路設(shè)計(jì)等因素。

降壓轉(zhuǎn)換器常用于能效至關(guān)重要的電池供電設(shè)備。它能有效降低功率損耗,從而有助于延長電池續(xù)航時(shí)間。


優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

SIMO技術(shù)通過讓多個(gè)輸出共享單個(gè)電感來提高電源效率,減少能量損失——這對于電池供電設(shè)備而言是一大福音。

與傳統(tǒng)電源解決方案相比,SIMO實(shí)現(xiàn)方案在控制和調(diào)節(jié)方面更為復(fù)雜。為了實(shí)現(xiàn)多輸出的穩(wěn)定性和可靠性,需要精心設(shè)計(jì)和控制電路。

SIMO僅使用一個(gè)電感來實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸出,從而縮小了PCB尺寸,這對于緊湊且空間有限的應(yīng)用而言是一個(gè)很大的優(yōu)勢。

由于共享單個(gè)電感,SIMO支持的輸出通道數(shù)量通常有限,因此不太適合需要較多電壓電平的應(yīng)用。

由于元件更少且電路更簡單,SIMO可節(jié)省制造成本、降低故障風(fēng)險(xiǎn)并提高器件可靠性。

由于共享電感需要適應(yīng)不同的輸出電壓要求,因此SIMO設(shè)計(jì)可能難以敏捷響應(yīng)快速負(fù)載變化。

SIMO設(shè)計(jì)的效率更高,產(chǎn)生的熱量更少,因此工作溫度較低,器件壽命得以延長,無需復(fù)雜的熱管理。

工程師在SIMO設(shè)計(jì)中,需要仔細(xì)權(quán)衡輸出通道數(shù)量、效率和元件數(shù)量。對于特定應(yīng)用而言,這種權(quán)衡可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。

利用SIMO技術(shù)可以打造緊湊且節(jié)能的電源解決方案,因此它非常適合可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和智能手機(jī)。

要讓現(xiàn)有設(shè)備適應(yīng)SIMO技術(shù),可能涉及大量的重新設(shè)計(jì)和重新開發(fā)工作,這給無縫集成帶來了潛在障礙。

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

高壓應(yīng)用的理想之選:升壓轉(zhuǎn)換器非常適合要求輸出電壓高于輸入電壓的應(yīng)用。

效率低于降壓轉(zhuǎn)換器:由于需要提升電壓,升壓轉(zhuǎn)換器的效率通常低于降壓轉(zhuǎn)換器。

高效提升輸入電壓:升壓轉(zhuǎn)換器可以高效地將輸入電壓提高到所需的輸出電壓水平。

不建議用于能效優(yōu)先的電池供電設(shè)備:對于注重能效的電池供電設(shè)備而言,升壓轉(zhuǎn)換器可能并非最佳選擇,因?yàn)樗鼤母嚯娏Γ赡軙旌谋M電池電量。

優(yōu)點(diǎn)

缺點(diǎn)

靈活支持不同的輸入和輸出電壓:降壓-升壓轉(zhuǎn)換器支持更寬的輸入和輸出電壓范圍,適用于電源要求多樣的應(yīng)用。

相較于更簡單的轉(zhuǎn)換器,其復(fù)雜度適中:降壓-升壓轉(zhuǎn)換器比降壓或升壓轉(zhuǎn)換器等較簡單的轉(zhuǎn)換器拓?fù)涓鼜?fù)雜。這種復(fù)雜性導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)可能需要考慮更多因素,并謹(jǐn)慎選擇元件。

非常適合由單電源(如電池)供電的設(shè)備:電池供電設(shè)備的輸入電壓可能存在很大變化;無論電池的電量水平如何,降壓-升壓轉(zhuǎn)換器都能高效地提供穩(wěn)定的輸出電壓。


采用單電源供電:降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可采用單電源供電,因此適合僅有一個(gè)電源可用的應(yīng)用。


公司),2017年11月。

作者簡介

Jan Michael Gonzales是菲律賓公司的產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師。Jan擁有菲律賓馬尼拉馬普阿大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位和電力電子研究生學(xué)位。在電力電子領(lǐng)域,包括AC-DC和DC-DC電源轉(zhuǎn)換方面,擁有超過13年的工程經(jīng)驗(yàn)。Jan于2020年加入公司,目前從事工業(yè)應(yīng)用電源解決方案的精密技術(shù)研發(fā)工作。

Ralph Clarenz Matoci?os畢業(yè)于菲律賓馬尼拉Pamantasan ng Lungsod ng Maynila (PLM),獲電子工程學(xué)士學(xué)位。他在電力電子領(lǐng)域,包括電池管理系統(tǒng)開發(fā)和DC-DC電源轉(zhuǎn)換方面,擁有一年多的工程經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識。

Christian Cruz是ADI菲律賓公司的產(chǎn)品應(yīng)用資深工程師。他擁有菲律賓馬尼拉東方大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位。他在電力電子和電源控制固件設(shè)計(jì)領(lǐng)域,包括電源管理解決方案開發(fā)及AC-DC和DC-DC電源轉(zhuǎn)換方面,擁有14年的工程經(jīng)驗(yàn)。Christian于2020年加入ADI公司,目前從事云計(jì)算和系統(tǒng)通信應(yīng)用的電源管理研發(fā)工作。



關(guān)鍵詞: 電源拓?fù)?/a> ADI

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