电源设计的基本原理与关键部件

了解电源设计的基本原理对于避免故障和确保高速单片机、存储芯片和逻辑IC满足设计预期非常重要。在本文中，英锐恩单片机开发工程师将介绍电源设计的基本原理，提供确保电子电路性能可靠所需的知识。

一、为什么正确掌握电源设计的基础很重要?

电源不如功能强大的32位微控制器和其他花哨的IC令人兴奋。然而，如果它不遵守基本原则，你就会遇到各种粗鲁的惊喜。例如，无法提供稳定电压的电源会使微控制器进入掉电复位状态。这会导致微控制器运行中断，因为只要电压低于掉电阈值，它就会不断复位。

开关电源通常用于电子产品中。它具有一个PWM控制器，可以打开和关闭电压以提供所需的电压电平。如果没有正确滤除高速开关产生的噪声，它会影响负载电路。

如果你没有正确掌握电源设计的基本原理，你最终可能还会遇到影响电源本身性能的问题。未能解决电源的热管理可能会导致过热。如果忽略瞬态保护，则会导致浪涌损坏。为了防止这些问题，让我们首先回顾一下电源的基本组成部分。

二、电源的关键部件有哪些?

在设计电源时，经常会遇到以下组件。

(1)变压器

变压器用于隔离电源。它将主交流电压降低到较低的值，然后将其馈入整流器电路。在设计隔离电源时，选择具有正确匝数比和额定电流的变压器非常重要。

(2)桥式整流器

如果需要一个桥式整流器将交流电压转换为直流电压。桥式整流器由4个二极管组成，排列如下图所示。电容器与桥式整流器输出并联，以平滑直流纹波。

(3)PWM控制器

如果你正在使用开关模式电源，则需要在设计中包含一个PWM控制器。PWM控制器连接到功率MOSFET，该MOSFET充当以特定占空比工作的开关。PWM控制器可用于降压、升压或降压-升压电源配置。

PWM驱动的电源效率更高，产生的热量更少。MOSFET的输出是一系列高频直流脉冲，由LC滤波器平滑。LC滤波器还充当低通滤波器，防止高频噪声潜入负载电路。

三、缓解电源设计中的热管理

无论是在设计线性电源还是开关电源，热管理都很重要。虽然后者确实产生较少的热量，但确保热量有效消散仍然很重要。散热孔和散热片通常用于驱散功率MOSFET的热量。

确保开关电源产生最小的开关噪声也是一个挑战。除了选择正确的LC滤波器截止值外，减少连接迹线上的寄生电感也很重要。这可以通过使走线尽可能短来实现。

电源必须设计为在额定电流下可靠运行，需要注意的一个重要方面是走线宽度。走线宽度必须足够大，以便在不退化的情况下处理最大电流。