电源电路设计：DCDC、LDO和REF电路详解
电源电路设计：DCDC、LDO和REF电路详解
电源电路设计是电子工程中的核心内容之一，涉及DCDC电路、LDO电路和REF电路等多种类型。这些电路在现代电子设备中扮演着至关重要的角色，负责提供稳定可靠的电源供应。本文将详细介绍这些电路的基本原理和关键参数计算方法，帮助读者更好地理解和设计电源电路。
1. 电源电路芯片分类
我们常见的电源芯片主要有以下三种类型：
DC-DC : 开关电源
电源特性：
- 输入输出压差较大
- 电源效率较高
- 输入纹波较大
- 体积比较于其他电路来说较大
LDO: 低压差线性稳压电源
电源特性：
- 输出纹波小，噪声小
- 输入输出压差小
- 体积比较于其他电路来说较小
- 不能超过最大压差，不能超过最大结温
REF ： 基准电压源
- 作为基准电源使用，不能作为功率电源
2. DCDC电源
降压BUCK电路：
开关管导通的时候 ：电感电容进行充电，同时给负载供电
开关管关断的时候 ：储存于电感和电容中的能量继续给负载供电
波形类似如下的变化 :并不会输出一个为你的难过的电压数值
2.1关键参数1 ： 输入电压Ud和输出电压Uo之间的关系
开关电源占空比如下：
输出电压Uo和和输入电压Ud之间的关系为：
对于来自外部的输入电压我们一般要求输入纹波在3%以内，我们一般加上Π型滤波，并且并联一个10nF和100nF的小电容去除高频噪声。
2.2关键参数2 ： 输出电感的大小如何计算
这个电感数值和：最大输入电压，电感纹波率KIND（0.2~0.3），输出电压，输出电流，还有开关频率有关。
实际的电感值要 >= 理论计算值
省略计算过程：
从公式我们可以知道当：
首项可以约分为占空比的电压比值，当占空比最小的时候，我们计算出的电感数值是最大的
之后根据计算出的值选择一个大于理论值的标准电感（功率电感）
2.3关键参数3 ： 输入电容的大小如何计算
输入电容一般推荐10uF，同时按照前面所说的并联上10nF还有100nF的电容去除高频干扰
根据能量守恒，电容电量计算公式：
根据公式也可以看出来输入滤波电容越大，电源输入的纹波波动越小
2.4关键参数4 ： 输出部分的分压电阻
这部分可以通过查询datasheet手册来获得一些对应的参数，来计算。比如说TPS5430DDA就提供了如下的公式。
这个1.221就是官方datasheet给出的计算参数
2.5关键参数5 ： 自举电容大小
自举电容（Bootstrap Capacitor）是一种在电子电路中用于提升或稳定电压水平的电容器。它通过在电路中创建一个额外的电压源来增加电路的某些部分的电位，使得这些部分能够达到高于直接供电电压的电平，或者在输入电压变化时保持稳定。
自举电容C2取值，一般取10nf,无需更改
2.6关键参数6 ： 续流二极管的选择
续流二极管一般选择肖特基二极管或者快恢复二极管
开关频率较高的时候：选择肖特基二极管
开关频率较低的时候：选择快恢复二极管
快恢复二极管的耐压值一般会高一点
电压值需要为** VIN(MAX) + 0.5 V**
电流值需要为** IOUT(MAX)+1/2Ipk-pk**
2.7关键参数7 ： 输出电容选择
同样和上面一致，实际电容取值要大于理论计算值，同时需要并联10nF和100nF小电容滤波
按照以下公式进行计算：
LC电路谐振频率方面：
以上公式从LC电路谐振频率方面进行计算，保证LC谐振频率远小于DCDC开关频率
电源纹波计算方面：
一般采取以下方法计算：
纹波电压参数一般输出电压在3%以内，CAN电源在5%以内
对于电解电容，一般内部的RC参数都为常数，数值为
ΩF
2.8关键参数8 ： 补偿电路（可选）
环路补偿是用来补偿系统在扰动时候的性能不足，加快电源的动态响应。
3. LDO电源
输出电压经过采样后和参考电源进行减法运算，差值经过放大后控制推动管上的电压降**Vdropout=Voutput-Vinput，**当Vinput或者负载电流变化导致Voutput变化时，通过Vdropout的变化保证Voutput的稳定。
调整管的耗散功率为：
输入电源功率为：
3.1 关键参数1 ： 结温
我们根据热阻*耗散功率计算出来的温升不能大于最大结温，且需要留20% - 50%的裕量
耗散功率为 ：
温升为 ： Δ
= 耗散功率*热阻
热阻和封装散热条件相关
3.2 关键参数2 ： 分压电阻调整输出电压
一般R1设置为240Ω，R2根据公式计算，Iadj这个电流很小一般可以忽略。
需要注意的是：输入输出电压必须保持一定的电压差才能正常工作。
3.3 关键参数3 ： 输入输出电容：
直接参考datasheet，一般其中的参考电路会给出推荐的数值
4. REF电源
理想的基准电压源应不受电源和温度的影响，在电路中能提供稳定的电压，“基准”这一术语正说明基准电压源的数值应比一般电源具有更高的精度和稳定性
REF电路主要用于模拟电路中，例如AD采集电路中
REF电源可以近似看成DCDC电路，但是这个芯片是固定输出的，所有的器件一般按照芯片参考手册进行设计。
输出端还是要加上磁珠进行滤波
5. 总结：
一般在芯片输入端和输出端的时候，我们都要进行响应的滤波
对于外部的输入端，我们一般要加上Π型滤波，并且并上10nF还有100nF来滤除高频噪声，对于输出端，我们一般要加上10nF还有100nF电容，并且串上一个磁珠进行对应的滤波。
本文章仅用于交流，自学总结，如有问题欢迎指正。