當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 電源電路
[導(dǎo)讀]通常電源的電流分配設(shè)計(jì)優(yōu)劣關(guān)乎系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗,對(duì)于電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者來說,應(yīng)該引起足夠重視。也許當(dāng)你發(fā)現(xiàn)辛辛苦苦設(shè)計(jì)的系統(tǒng)僅僅是由于電源問題而無法正常工作的時(shí)候,才會(huì)真正意識(shí)到電源的電流分配設(shè)計(jì)的重要作用。

通常電源的電流分配設(shè)計(jì)優(yōu)劣關(guān)乎系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成敗,對(duì)于電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者來說,應(yīng)該引起足夠重視。也許當(dāng)你發(fā)現(xiàn)辛辛苦苦設(shè)計(jì)的系統(tǒng)僅僅是由于電源問題而無法正常工作的時(shí)候,才會(huì)真正意識(shí)到電源的電流分配設(shè)計(jì)的重要作用。

你有沒有試過電路板空載時(shí)上電一切正常,但帶上負(fù)載后就“動(dòng)力不足”呢?不是因?yàn)橥庠O(shè)“索要”的太多,而是您的電源“給予”的不合理!我們來看一則案例:一位硬件工程師在設(shè)計(jì)以太網(wǎng) PHY 電路時(shí),使用了一個(gè)外部 LDO 芯片產(chǎn)生 1.2V 以供給 PHY 芯片的數(shù)字和模擬電源。在低速傳輸數(shù)據(jù)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信一路通順,然而使用 1000M 全雙工通信模式時(shí),出現(xiàn)通信不穩(wěn)定的囧況!久經(jīng)排查,才得知 PHY 芯片在千兆通信模式下 1.2V 電源的電流大小達(dá)到 500mA 以上,如圖 1;然而工程師選取的 LDO 的最大輸出能力才只有 350mA,如圖 2,并不足以滿足負(fù)載的需要。

如何運(yùn)用電源樹對(duì)電源系統(tǒng)電流進(jìn)行合理分配?

圖 1 PHY 芯片的電流特性

如何運(yùn)用電源樹對(duì)電源系統(tǒng)電流進(jìn)行合理分配?

圖 2 LDO 的電氣極限參數(shù)

電源網(wǎng)絡(luò)為嵌入式系統(tǒng)的各個(gè)元器件提供電能。如果設(shè)計(jì)不當(dāng),各個(gè)元器件不能各取所需的電量,系統(tǒng)將工作不穩(wěn)定,發(fā)熱量大、重啟甚至整個(gè)系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。因而,電源系統(tǒng)電流的合理分配的重要性不言而喻。

嵌入式硬件電源設(shè)計(jì)根據(jù)規(guī)模大小、電源芯片類型等可分為系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)和模塊級(jí)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)通常指根據(jù)系統(tǒng)所需來劃分電源種類的設(shè)計(jì)。模塊級(jí)設(shè)計(jì)通常指在確定電源電壓種類的情況下,根據(jù)負(fù)載需求來選擇電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。

如何運(yùn)用電源樹對(duì)電源系統(tǒng)電流進(jìn)行合理分配?

圖 3 嵌入式系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)流程圖

如圖 3 所示,無論是系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì),或者是模塊級(jí)設(shè)計(jì),電源功耗的估算都是必不可少,重中之重的環(huán)節(jié)。本文將介紹一種電源電流分配設(shè)計(jì)的方法。

系統(tǒng)級(jí)電源設(shè)計(jì)需要確定整個(gè)系統(tǒng)需要的電源電壓種類,如 5V,3.3V,1.8V 等,估算各個(gè)電源的電流大小作為依據(jù),從而選擇合適的電源 IC。

模塊級(jí)電源設(shè)計(jì)在確定電源電壓的前提下,選擇電源轉(zhuǎn)換器的類型,一般分為線性穩(wěn)壓器(LDO),開關(guān)電源(DC-DC),電荷泵三大類。然后估算電源電流大小,選擇相應(yīng)的電源 IC。

1. 估算各模塊電流

確定好電源設(shè)計(jì)的流程后,可按照硬件設(shè)計(jì)框圖以表格的形式將各個(gè)器件的供電進(jìn)行分類,列出系統(tǒng)中用到幾種電壓,作為列標(biāo)題,將耗電模塊作為行標(biāo)題,將系統(tǒng)中不耗電的部分去除,例如 DB9 插座,RJ45 插座,JTAG 接口等連接器,計(jì)算出各電壓的電流。此處以廣州致遠(yuǎn)電子的 EPC-AW287I 工控?zé)o線主板設(shè)計(jì)為例,各模塊的電流消耗主要以查詢數(shù)據(jù)手冊(cè)為準(zhǔn),同時(shí)加以估算的手段進(jìn)行填表。

表 1 電源電流計(jì)算表

在對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行電流的估算時(shí),若器件數(shù)據(jù)手冊(cè)沒給出其最大值,則一般取額定值的 1.5~2 倍;而特殊模塊,如 AW28A 核心板,其電源消耗較為復(fù)雜,最大值以典型值的 5 倍計(jì)算。電源芯片的參考轉(zhuǎn)換效率為 80%。工程師可根據(jù)電源電流計(jì)算表的典型值進(jìn)行電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并以最大值來進(jìn)行校驗(yàn)。

再者,在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)時(shí)還得考慮模塊的同步系數(shù),即在同一時(shí)間內(nèi),參與消耗電流的器件的比例,一般為 0.5~0.7,選取值根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)來決定。為保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性,我們可選取同步系數(shù) 0.5,即同一時(shí)間內(nèi),系統(tǒng)中半數(shù)耗電模塊的電流值取最大值,其它的取額定值來計(jì)算器功耗。

2. 繪制電源樹圖

根據(jù)估計(jì)的電流,以及各電壓等級(jí)電流的分配,繪制更加形象直觀的樹狀圖。

基本格式要求:

(1)不同電壓等級(jí)使用的線條顏色,若電壓等級(jí)不在示例內(nèi),可以自定義線條顏色;

(2)電源 IC 塊中:第一行,電源芯片型號(hào);第二行,輸出電壓,電流值;第三行,轉(zhuǎn)換效率η ;

(3)流向箭頭上,用文字標(biāo)出電壓、電流值;

(4)相同級(jí)的塊使用相同的配色框。

(5)若有使用開關(guān)(機(jī)械開關(guān)或 MOS 管等),必須在相應(yīng)的位置上圖形標(biāo)明。

如何運(yùn)用電源樹對(duì)電源系統(tǒng)電流進(jìn)行合理分配?

圖 4 電源樹設(shè)計(jì)

上述電源樹中,12V 轉(zhuǎn) 5V 的 DC-DC 為電源系統(tǒng)的第一個(gè)轉(zhuǎn)換關(guān)卡,需要給予足夠的余量,可使用 MPS 公司的 MP1652/MP1653,其分別適用于 12V,2A/3A 的電源系統(tǒng)。而具備超低靜態(tài)功耗的 MP2162 則能為需要精細(xì)化電流的后級(jí)系統(tǒng)模塊提供更好的解決方案。

3. 電源 IC 的選型基本原則

遵循不要“大牛拉小車”或“小牛拉大車”的基本原則。選用電源芯片時(shí)為保證電源的使用壽命,需要留有一定的裕量,較合適的工作電流為電源芯片最大輸出電流的 70%~80%。 當(dāng)選用 DC-DC 時(shí),要考慮負(fù)載電路運(yùn)行在額定電流的 50%以上,過小的負(fù)載電流會(huì)造成本的提高以及過低的轉(zhuǎn)換效率。

當(dāng)使用線性穩(wěn)壓器(特別是普通線性穩(wěn)壓器)的時(shí)候,由于壓降都消耗在穩(wěn)壓芯片上,要考慮充分器件的散熱。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉