淺議低功耗、低噪聲電源電路設計的經(jīng)驗與感想

三極管：作為外接的三極管，與雙極晶體管相比，因FET的開(kāi)關(guān)速度比較快，所以開(kāi)關(guān)損耗會(huì )較小，效率會(huì )更高一些。

DC-DC基本原理：

DC-DC電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。 通過(guò)下圖，我們來(lái)簡(jiǎn)單的說(shuō)說(shuō)降壓型開(kāi)關(guān)電源的工作原理。如圖所示，電路由開(kāi)關(guān)K(實(shí)際電路中為三極管或者場(chǎng)效應管)，續流二極管D，儲能電感L，濾波電容 C等構成。當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)K、電感L給負載供電，并將部分電能儲存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開(kāi)關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達到電源電壓值。一定時(shí)間后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電感L的自感作用(可以比較形象的認為電感中的電流有慣性作用)，將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續流。這電流流過(guò)負載，從地線(xiàn)返回，流到續流二極管D的正極，經(jīng)過(guò)二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個(gè)回路。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間(即PWM——脈沖寬度調制)，就可以控制輸出電壓。如果通過(guò)檢測輸出電壓來(lái)控制開(kāi)、關(guān)的時(shí)間，以保持輸出電壓不變，這就實(shí)現了穩壓的目的。

在開(kāi)關(guān)閉合期間，電感存儲能量；在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲能電感。二極管D在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，負責給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續流二極管。

在實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)K由三極管或場(chǎng)效應管代替。當開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電流很小;當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電壓很小，所以發(fā)熱功率U×I就會(huì )很小。這就是開(kāi)關(guān)電源效率高的原因。升壓式DC/DC變換器原理：

升壓式DC/DC變換器主要用于輸出電流較小的場(chǎng)合，只要采用1~2節電池便可獲得3~12V工作電壓，工作電流可達幾十毫安至幾百毫安，其轉換效率可達70%-80%。

升壓式DC/DC變換器的基本工作原理如圖所示。

電路中的VT為開(kāi)關(guān)管，當脈沖振蕩器對雙穩態(tài)電路置位(即Q端為1)時(shí)，VT導通，電感VT中流過(guò)電流并儲存能量，直到電感電流在RS上的壓降等于比較器設定的閩值電壓時(shí)，雙穩態(tài)電路復位，即Q端為0。此時(shí)VT截止，電感LT中儲存的能量通過(guò)一極管VD1供給負載，同時(shí)對C進(jìn)行充電。當負載電壓要跌落時(shí)，電容C放電，這時(shí)輸出端可獲得高于輸大端的穩定電壓。輸出的電壓由分壓器R1和R2分壓后輸入誤差放大器，并與基準電壓一起去控制脈沖寬度，由此而獲得所需要的電壓，即式中:VR——基準電壓。

DC-DC電路PCB設計要求：

在設計印刷線(xiàn)路板時(shí)，設計工程師都會(huì )仔細思考銅線(xiàn)的走線(xiàn)方式和元器件的放置問(wèn)題。如果沒(méi)有充分考慮這兩點(diǎn)，印刷線(xiàn)路板的效率、最大輸出電流、輸出紋波及其它特性都將會(huì )受到影響。產(chǎn)生這些影響的兩個(gè)主要原因則是地線(xiàn)(GND、VSS)和電源線(xiàn)(+B、VCC、VDD)的連接，如果地線(xiàn)及電源線(xiàn)設計合理，電路將能正常地工作，獲得較好的性能指標，否則會(huì )產(chǎn)生干擾、性能指標惡化等問(wèn)題。本文就DC/DC轉換器的設計，介紹一些通用的設計原則和地線(xiàn)連接方法。

圖1：基于基本設計原則的布線(xiàn)模式；圖2：升壓電路的PCB設計示例。圖3：降壓電路的PCB設計示例