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板载电源规划的一些标准总结

热插拔1、热拔插系统必须使用电源缓启动设计热拔插系统在单板插入瞬间,单板上的电容开始充电。因为电容两端的电压不能突变,会导致整个系统的电压瞬间跌落。同时因为电源阻抗很低,充电电流会非常大,

  热插拔

  1、热拔插体系有必要运用电源缓发动规划

  热拔插体系在单板刺进瞬间,单板上的电容开端充电。由于电容两头的电压不能骤变,会导致整个体系的电压瞬间下跌。一起由于电源阻抗很低,充电电流会非常大,快速的充电会对体系中的电容产生冲击,易导致钽电容失效。假如体系中选用保险丝进行过流维护,
瞬态电流有或许导致保险丝熔断,
而挑选大电流的保险丝会使得在体系电流反常时或许不熔断,起不到维护效果。所以,在热拔插体系中电源有必要选用缓发动规划,约束发动电流,防止瞬态电流过大对体系作业和器材可靠性产生影响。

  LDO

  1、在压差较大或许电流较大的降压电源规划中,主张选用开关电源,防止运用 LDO

  选用线性电源(包含 LDO)能够得到较低的噪声,并且由于运用简略,本钱低,所以在单板上运用较多。FPGA
内核电源、某些电路板上射频时钟部分的电源等都运用线性电源从更高电压的电源上调整得到。线性电源的基本原理如图所示。输出电压经过采样后和参阅电源(由晶体管带隙参阅源或许

  

  齐纳二极管供给)进行减法运算,差值经过扩大后操控推进管上的电压降

  V dropout =V output -V input , 使妥当 V input 改变或许负载电流改变导致

  V output 改变时,经过 V dropout 的改变确保 V output 的安稳。

  由图中可见,负载电流悉数流过调整管,而输入电压和输出电压之间的差异悉数都加在调整管上。调整管上耗散的功率为 V dropout
*I。当电压差较大时,或许负载电流较大时,稳压器将接受较大的功率耗散。

  LDO有必要核算热耗并满意降额标准

  别的,输入的电源供给的功率为 V input
*I,即选用线性电源时电源功率的核算不能运用负载电压和电流的乘积核算,有必要选用线性电源输入电压和负载电流的乘积核算选用线性电源时电源功率的核算不能运用负载电压和电流的乘积核算,有必要选用线性电源输入电压和负载电流的乘积核算。有必要经过核算和热仿真确保体系的正常作业。

  例如选用 1 只 TO-263 封装的 LDO 将电压从 3.3V 降到 1.2V,负载电流为 1.5A,负载上耗散的功率为 1.8W。此刻 LDO
上承当了 2.1V 压降,耗散的功率 3.15W,3.3V 电源供给的功率为 4.95W!

  封装的热阻约为 40℃/W,则假如不采纳任何散热办法,则温升能够抵达约 120℃。对 LDO 有必要经过热仿真承认适宜的散热办法,并且在 3.3V
电源在预算中有必要能够供给 1.5A 的电流(或许 5W 以上的功率) ,确保体系的作业正常。 (关于线性电源的原理拜见参阅文档《电源是怎样炼成的》PPT教程 。
)

  选用开关电源能够抵达很高的功率,对大电流及大压差的场合,引荐选用开关电源进行转化。假如电路对纹波要求较高, 能够选用开关电源和线性电源串联运用的办法,
选用线性电源对开关电源的噪声进行按捺。

  2、LDO 输出端滤波电容选取时留意参照手册要求的最小电容、电容的 ESR/ESL
等要求确保电路安稳。引荐选用多个等值电容并联的方法,添加可靠性以及进步功能

  LDO 输出电容为负载的改变供给瞬态电流,一起由于输出电容处于电压反应调理回路之中,在部分 LDO
中,对该电容容量有要求以确保调理环路安稳。该电容容量不满意要求,LDO 或许产生振动导致输出电压存在较大纹波。

  多个电容并联,以及对大容量电解电容并联小容量的陶瓷电容,有利于削减 ESR 和 ESL,进步电路的高频功能,可是关于某些线性稳压电源,输出端电容的
ESR 太低,也或许会诱发环路安稳裕量下降乃至环路不安稳。

  滤波电容

  1、 电源滤波可选用 RC 、LC 、π 型滤波。电源滤波主张优选磁珠,然后才是电感。一起电阻、电感和磁珠有必要考虑其电阻产生的压降

  对电源要求较高的场合以及需求将噪声阻隔在部分区域的场合, 能够选用无源滤波电路。 在选用无源滤波电路时,引荐选用磁珠进行滤波。

  磁珠和电感的首要区别是,电感的Q值较高,而磁珠在高频状况下呈阻性,不易产生谐振等现象。

  电感加工精度较高,而磁珠加工精度相对较低,本钱也较廉价。在挑选滤波器材时,优选磁珠。挑选电阻和电容构成无谐振的一阶 RC
低通滤波器,可是该电路只能运用于电流很小的状况。负载电流将在电阻上构成压降,导致负载电压下跌。无论是选用何种滤波器,都需求考虑负载电流在电感、磁珠或许电阻上的压降,承认滤波后的电压能够满意后级电路作业的要求。例如在某单板锁相环路规划中选用了一阶
RC 滤波器,滤波电阻挑选12 欧姆。锁相环中 VCXO 的作业电流约为 30mA,在滤波电阻上产生 300mV 的压降,额外电压 3.3V的 VCXO
实际作业电压只要不到 3V,易产生停振等现象。在某光口儿卡上,产生过某类型光模块当光纤插上时
SD(光检测)信号上升缓慢,不能正确反映实际状况的问题。经过查看发现滤波电感的直流电阻约为 3 欧姆, 光模块作业电流约为 100mA,
电感上的压降导致光模块的作业电压只要约 2.9V 左右,在该类型光模块上会呈现 SD 上升缓慢的毛病。

  别的,关于滤波电路,应确保电感、磁珠或许电阻后的电容网络能够确保关怀的一切频率下,都能够确保低阻抗。必要时应选用多种容量的电容并联,并部分铺铜的方法抵达方针阻抗。
(拜见时钟驱动芯片滤波电路规划部分) 。在某单板上,选用了磁珠和 0.1u 电容为时钟驱动芯片供给滤波。经过测验,时钟驱动芯片管脚上的纹波高达 1V
以上。选用多电容并联的方法能够有效地为时钟芯片供给去耦。

  2、 大容量电容应并联小容量陶瓷贴片电容运用

  大容量电容一般为电解电容,其体积较大,引脚较长,常常为卷绕式结构(钽电容为烧结的碳粉和二氧化锰)
。这些电容的等效串联电感较大,导致这些电容的高频特性较差,谐振频率大约在几百 KHz到几 MHz 之间(拜见 Sanyo 公司 OSCON 器材手册和 AVX
公司钽电容器材手册) 。小容量的陶瓷贴片电容具有低的 ESL 和杰出的频率特性,其谐振点一般能够抵达数十至数百 MHz(拜见参阅文献《High-speed
Digital Design》以及 AVX 等公司陶瓷电容器材手册)
,能够用于给高频信号供给低阻抗的回流途径,滤除信号上的高频搅扰成分。因而,在运用大容量电容(电解电容)时,应在电容上并联小容量瓷片电容运用。

  3、输入电容

  核算输入电容的纹波电流,这个推导的进程,利用到积分公式。经过剖析和推导,能够对电路的作业原理有比较透彻的了解。

  假如考虑输出纹波电流。那么电容上的纹波电流的波形为:

  

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