降压电源电路设计：从12V到5V再到3.3V的完整解决方案
降压电源电路设计：从12V到5V再到3.3V的完整解决方案
在电子设备的设计中，电源电路的设计是一个非常重要的环节。本文将介绍如何设计降压电源电路，实现12V转5V和5V转3.3V的电压转换。文章将从低压差降压和高压差降压两个方面进行讲解，并介绍电源隔离和模数隔离的重要性。
一、低压差降压电源设计
低压差降压电路，是指输入电压和输出电压的压差较小，大概1.5V-3V左右。这种电路的设计一般使用线性LDO（低压差线性稳压器），该稳压源工作在线性区，简单说就是电阻分压，只能用于降压变换，输出电流基本上等于输入电流。当输入输出压差大时，系统转换效率较低，功耗也会变的很高。
在单片机设计中，经常使用AMS1117来进行低压差电压设计，因为电路简单。例如，将5V降压到3.3V，只需要一个芯片加几个电容即可完成降压，成本低且降压效果也不错。
但是，如果想用LDO将12V降压到5V，这里强烈不推荐。因为12V到5V间的压差是7V，如果电流稍微大一点，功耗会极高，发热严重。就算只接一个单片机加TFT屏幕，AMS1117也会发热严重。因此，线性LDO只适合低压差降压，高压差情况下不推荐使用（除非输出电流极小）。
二、高压差降压电源设计
高压差的电源设计，推荐使用开关电源进行降压。开关电源通过开关输入电源并对输出进行处理来获取所需的电压输出。在单片机设计中，高压差降压一般使用开关电源来处理，因为开关电源在高压差的情况下效率高，功耗小，尤其在需要输出大电流时发热也不会太严重。
对于12V转5V的转换，推荐使用DC-DC开关电源转换电路。这里展示一个常用的高压差降压电路设计，使用XL4015电源芯片，转换效率可达95%，最大输出电流可达5A。
三、电源中的隔离
3.1 电源隔离
在单片机电源设计中，经常会遇到需要隔离的情况。例如，使用光耦隔离模块控制外部电路时，如果直接将单片机电源提供给外部电路，光耦隔离的效果就会失效。为了彻底隔离开，可以采用以下两种方法：
- 使用两套独立的电源系统
- 在一套电源系统中使用隔离芯片进行隔离，比如在光耦隔离电路中使用隔离芯片
3.2 模数隔离
在一些系统中，模拟电路和数字电路之间可能会产生干扰。例如：
- 地线阻抗不是0，当电流流经它时会产生电压降，使得各处的参考地电压不再相同，尤其是数字电路上的脉冲干扰电压会影响模拟电路。
- 数字信号为矩形波，带有大量的谐波。如果电路板中的数字地与模拟地没有从接入点分开，数字信号中的谐波很容易会干扰到模拟信号的波形。
- 同样，模拟信号为高频或强电信号时，也会影响到数字电路的正常工作。
因此，需要对模拟电路和数字电路进行模数隔离。常用的方法是在两块电路的GND单独加0欧电阻然后接入到电源地。因为0欧电阻单点接地，可以限制噪声，同时因为0欧电阻也有阻抗，对所有频率的噪声都有衰减作用，可以限制噪声电流通过。