科普硬件知識(shí)，寫寫關(guān)于電路板電源的事情。

眾所周知，所有電子產(chǎn)品都需要消耗電能，固定設(shè)備一般通過220V交流電進(jìn)行供電，便攜設(shè)備一般通過電池供電，雖然供電方式不同，但電子產(chǎn)品的內(nèi)部器件和芯片大多都使用非常低的電壓作為供電電源，比如5V、3.3V、1.8V、1.5V、1.2V、1V等，因此幾乎所有的電子設(shè)備的都需要電源。

從字面意義上來說，電源指的是“將其它形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置”，這基本上只能包括電池和發(fā)電機(jī)了，但實(shí)際上人們常說的電源，一般是指“電壓、電流轉(zhuǎn)換器”，即實(shí)現(xiàn)交流-直流轉(zhuǎn)換、高壓-低壓轉(zhuǎn)換的功能模塊。

人們最常見到的電源就是各種家用電器的交流220V轉(zhuǎn)低壓直流電的電源模塊了，如下圖。

如果你接觸過一些電氣設(shè)備，或者拆解過一些大型的電器，那可能會(huì)見到過這樣的電源模塊。

帶殼的

不帶殼的

如果你還拆解過一些工業(yè)設(shè)備，你還能看到這樣的電源模塊。

板上直插焊接的

板上貼片焊接的

上面這些電源模塊，前面3張圖片的是獨(dú)立在電路板外的，后面2張圖片的則是焊接在電路板上的，它們形形色色、各種各樣，有非常多的電源廠家生產(chǎn)不同類型、規(guī)格和型號(hào)的電源。

那作為一個(gè)硬件工程師，需要了解些什么呢？

我認(rèn)為知道這2點(diǎn)比較關(guān)鍵。

1、有哪些常見的電源方案，板外的和板內(nèi)的，電源模塊和電源芯片，隔離和不隔離，DCDC和LDO等等

2、除了直接購(gòu)買電源模塊，如何低成本的搭建自己的板上電源

對(duì)于第一個(gè)問題，我覺得直接拿知名廠商的產(chǎn)品分類給大家看看就知道了。

以明緯為例，他們官網(wǎng)對(duì)自己產(chǎn)品的分類是這樣的。首先是三大基礎(chǔ)分類：交流-直流、直流-直流、直流-交流，各自的分類下，次級(jí)分類如下圖所示。

交流-直流

直流-直流

直流-交流

再來看看臺(tái)達(dá)的電源，臺(tái)達(dá)的業(yè)務(wù)范圍非常廣，所以對(duì)電源相關(guān)的分類也復(fù)雜一些，一級(jí)分類如下。

二級(jí)分類里，嵌入式電源的分類如下。

三級(jí)分類

開關(guān)電源

模塊電源

照明相關(guān)的電源

臺(tái)達(dá)還有汽車相關(guān)的電源產(chǎn)品以及平板、手機(jī)充電器等產(chǎn)品，足可見其業(yè)務(wù)范圍之廣泛。

再看一個(gè)日本廠商，村田（murata）的分類。

最后看一下國(guó)內(nèi)廠商，金升陽的分類。

看了上面比較有代表性的電源廠家的產(chǎn)品，大家應(yīng)該就知道，幾乎所有的電源產(chǎn)品，交流轉(zhuǎn)直流、直流轉(zhuǎn)直流、高壓轉(zhuǎn)低壓、低壓轉(zhuǎn)高壓、隔離的、非隔離的、塑料殼、金屬殼、帶線纜的、帶卡扣的、板載的、焊接的，你都能直接購(gòu)買到。

所以，對(duì)于一個(gè)硬件工程師，從理論上來講，是可以不自己搭建電源的，買好合適的模塊化的電源，從板外供電到板內(nèi)，板內(nèi)再焊接一個(gè)低壓電源就可以了。

但為什么硬件工程師又必須要了解電源并且在板內(nèi)自己設(shè)計(jì)電源呢？

1、模塊化的電源不便宜，自己搭建的板內(nèi)電源成本低很多

2、相同的功率，電壓越低，電流約大，導(dǎo)線上損耗的電壓和功率越大，對(duì)于低壓器件來說，電壓不準(zhǔn)確是不可接受的

3、對(duì)于硬件系統(tǒng)來說，上下電的順序是有嚴(yán)格要求的，芯片的IO電壓、核電壓、模擬電壓，誰先上電、誰先下電，都必須遵循嚴(yán)格的要求

4、上電和下電的速度也必須要快，不可以在中間電壓持續(xù)過長(zhǎng)的時(shí)間

5、電流變化時(shí)電壓的響應(yīng)速率要快，如果是板外電源，由于線纜的寄生電感和電容的存在，無法做到迅速響應(yīng)

總之，板內(nèi)電源是必須的，既是工程技術(shù)原因也是成本原因。

電源芯片的分類也有好幾種，首先是LDO、DCDC、ACDC，DCDC和ADDC里根據(jù)拓?fù)涞牟煌謺?huì)分成好幾種，DCDC里常見的就是buck和boost。

如果是ACDC，一般是220V的交流電壓輸入，這種情況不太建議新手自己搭建電路，因?yàn)樯婕暗绞须娍倸w還是比較危險(xiǎn)的，成品會(huì)直接接入電網(wǎng)，有任何疏漏都會(huì)非常容易出問題，跳閘、燒板子、炸器件，甚至是漏電、觸電。

推薦大家自己做低壓的DCDC或LDO，市電部分還是用采購(gòu)的電源模塊更好，如果你是電源相關(guān)的專業(yè)人士，那這篇文章就幫不到你什么了。

在DCDC里，電源芯片一般分成controller和converter，區(qū)別在于開關(guān)管是否在芯片內(nèi)部，如果開關(guān)管在外部，搭建電路時(shí)就還需要加入一個(gè)MOSFET。

正式開始推薦~

首先是DCDC的降壓芯片

1、 TPS54541，輸入電壓4.5V到42V，輸出電壓可設(shè)置為0.8V到41V，最大輸出電流5A

2、 TPS54140，輸入電壓3.5V到42V，輸出電壓可設(shè)置為0.8V到39V，最大輸出電流1.5A

3、 TLV62569，輸入電壓2.5V-5.5V，輸出電壓最低0.6V、最高到輸入電壓，最大輸出電流2A，芯片的體積很小，3mm x 3mm，原理圖里最大的就成了電感和電容了

4、MP2451，輸入電壓3.3V到36V，輸出電壓最低0.8V、最高0.8倍輸入電壓，最大輸出電流0.6A

5、MP2269，輸入電壓3.3V到30V，輸出電壓最低0.8V，最大輸出電流1A，這個(gè)片子非常小，2mm x 3mm

6、LTC3370，這個(gè)芯片比較有意思，有4路輸出，非常適合不同電壓需求比較多的系統(tǒng)。輸入3.3V或5V，輸出最低0.8V，最高跟輸入電壓一樣，最大輸出電流總共8A，可以給4路各自分配0-4A，非常靈活。

上面的都是降壓的DCDC，也就是buck，下面推薦幾個(gè)boost（升壓芯片），用到升壓芯片的常見應(yīng)用場(chǎng)景我知道這幾個(gè)，電池供電的系統(tǒng)、液晶屏的背光的電源、運(yùn)放的參考電壓。

鋰電池的最小單元電壓一般都是1.7v上下，常見的電子元器件都是5V、3.3V、2.5V、1.8V、1.2V、1V這些電壓供電，很多情況都沒法直接用電池供電，因此在電池供電的系統(tǒng)里，一般都是將電池電壓先用boost升壓到5V，然后再通過5V逐級(jí)降壓輸出各個(gè)需求的低電壓，這樣既能滿足所有的電源需求，也能使電池能在很寬的電壓范圍內(nèi)工作。

液晶屏背光和運(yùn)放則不太相同，因?yàn)殡娮酉到y(tǒng)一般5V或3.3V供電，液晶屏背光和運(yùn)放的需求電壓則會(huì)高很多，比如30V、20V、10V這種級(jí)別，這種時(shí)候使用一個(gè)降壓DCDC就要求系統(tǒng)供電電源是很高的電壓，這反而不太現(xiàn)實(shí)，因此這種應(yīng)用場(chǎng)景就必須使用boost電路了。

下面推薦幾個(gè)升壓芯片：

1、TPS61085A，輸入電壓2.3V到6V，輸出電壓2.8V到18.5V

boost芯片的參數(shù)里，有一個(gè)跟buck有很大的區(qū)別，就是輸出電流，boost的原理決定了其輸出電流分為充電和放電兩個(gè)階段，充放電是否連續(xù)、占空比的大小、等效負(fù)載電阻的大小，共同決定了輸出電壓和電流的大小，因此boost芯片根據(jù)輸入和輸出電壓的不同，其連續(xù)輸出電流值是不同的，因此只有“開關(guān)電流”這個(gè)參數(shù)能用于大致的估計(jì)，這個(gè)參數(shù)如何估計(jì)和計(jì)算，對(duì)新手來說還是太復(fù)雜了，建議大家直接通過datasheet中的圖表確認(rèn)其實(shí)際的電流輸出能力。

下圖是TPS61085A芯片的datasheet中的圖表，這個(gè)芯片的最大輸入電壓6V，可以看到橫軸最右側(cè)的縱坐標(biāo)，就是各電壓下的最大輸出負(fù)載電流了，9V時(shí)1.6A、18.5V時(shí)0.6A。

如果大家實(shí)在想要計(jì)算，可以參考下面這本書，學(xué)習(xí)boost電路的實(shí)現(xiàn)原理和計(jì)算過程，關(guān)于boost的內(nèi)容從25頁開始。

如果想要正經(jīng)的學(xué)習(xí)的話，建議買一本“開關(guān)電源設(shè)計(jì)”先了解一下。我也學(xué)習(xí)了一陣子，自己做了一個(gè)5V轉(zhuǎn)500V的boost電源，雖然效率奇低，但還是非常好玩的。

另外給大家分享一個(gè)有意思的電源設(shè)計(jì)，可以輸出500V的小模塊，雖然應(yīng)用場(chǎng)景很少，但作為技術(shù)展示還是值得一看。

2、TPS61390，輸入電壓2.5 V to 5.5 V，輸出電壓最高85V

3、PT4110，這是安富萊電子的開發(fā)板用過的一顆料，用于LED背光的升壓芯片，已經(jīng)不太容易買到這顆料了~

4、TPS61040，這是正點(diǎn)原子開發(fā)板用過的一顆料，也是LCD屏背光的升壓芯片，在LCD屏的應(yīng)用中，有一個(gè)很有意思的電路，如下圖

輸入電壓5V，boost輸出電壓10.4V，用于LCD背光二極管電源，但這個(gè)電路用了二極管和電容搭建了類似于自舉電容的電路，利用了boost輸出的方波電壓，同時(shí)產(chǎn)生了2倍的10.4V和-10.4V，再加上特定電壓值的穩(wěn)壓二極管，即可得到LCD屏需要的16V和-7V。

有些LCD屏需要外部提供VGH和VGL電源，如果用常規(guī)的DCDC去生成這2個(gè)功率需求很小的電壓則非常的浪費(fèi)成本和空間，因此使用類似的電容和二極管鉗位來生成電壓，真的是很有意思。

5、CAT4237，野火開發(fā)板的液晶屏背光的升壓芯片，安森美的產(chǎn)品

以上的就是我對(duì)buck和boost的推薦了，只是給大家看看有哪些芯片可以用，幫助小白們了解關(guān)于電源的入門信息。

如果要做產(chǎn)品的話，我建議要么照著成熟的原理圖直接做，保證可靠性，要么根據(jù)渠道商的報(bào)價(jià)來選擇芯片，保證性價(jià)比，當(dāng)然使用前一定要仔細(xì)閱讀datasheet，確認(rèn)各項(xiàng)性能滿足需求。

介紹完了DCDC，再給大家介紹幾個(gè)LDO。

很多初學(xué)硬件的同學(xué)都看到過LM1117或AMS1117這2款LDO，LM1117可以說應(yīng)用非常廣泛，它自身的特性也很適合小功率場(chǎng)合下的電源轉(zhuǎn)換。

1、LM1117，輸入電壓2.6V到15V，輸出電壓1.25V到13.8V，最大輸出電流0.8A，還有固定電壓輸出的版本，1.8V, 2.5V, 3.3V, 5V，如果使用固定電壓輸出的版本，原理圖非常簡(jiǎn)單，只要2個(gè)電容一個(gè)芯片就可以了。

可變電壓輸出

固定電壓輸出

LDO如此簡(jiǎn)單的電路圖，使得在小功率場(chǎng)合的電源需求非常青睞它，但由于LDO自身的原理，使得降壓部分的功率會(huì)完全轉(zhuǎn)化為熱能，也就同時(shí)限制了LDO只能用于小功率的應(yīng)用。

電池供電的電子產(chǎn)品也很少會(huì)使用LDO，既是因?yàn)樯?，也是因?yàn)樾剩绻麘{空消耗電能在LDO的發(fā)熱上，續(xù)航會(huì)成為很大的問題。

2、LY1117A，參數(shù)類似于LM1117，LY1117A是國(guó)內(nèi)一家“LIANYI”的生產(chǎn)商的LDO，相比于LM1117，這個(gè)片子的優(yōu)勢(shì)在于便宜，非常便宜，3毛錢一個(gè)，TI的LM1117如果想買正品，貿(mào)澤上的階梯報(bào)價(jià)的話，買250個(gè)的單價(jià)都要6元，所以這優(yōu)勢(shì)是不是巨大。。。

3、GM6155，安富萊開發(fā)板上使用的LDO

4、CAT6219，正點(diǎn)原子的開發(fā)板上使用的LDO

LDO使用起來非常簡(jiǎn)單，電壓、電流、紋波、發(fā)熱等參數(shù)匹配，直接使用就可以了，如果是初學(xué)者，隨便購(gòu)買都可以，如果是設(shè)計(jì)產(chǎn)品，則優(yōu)先考慮成本，以及渠道是否方便采購(gòu)。

以上就是本篇文章的所有內(nèi)容了，又寫了好幾天，累死了~