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by DERUN

第九篇:USB PD产品电源规画入门

第九篇:USB PD产品电源规画入门
by DERUN
正确和稳定的电源系统是系统工程师在设计电路时重要的前置准备之一。

良好的电源规划,可以使得电路上的每个IC和组件发挥最基本的功能,让所设计的电路功能稳定的工作,发挥应该具有的性能以及所设计的功能。

如果在设计前期忽略了规划系统DC-DC电源方案。那么有可能因为供应给IC的电源不足,导致系统工作不稳定;甚至最糟的情况,可能因为需要重新考虑 DC-DC 额定电源供应,导致layout 需要重新更改,影响到开发时程。

在电路设计里,每个IC,例如: MCU, USB Hub IC, DDR, Flash等或者是被动组件,例如 : MOSFET, BJT, 电阻, 电容等,都会需要提供电源来使之运作。但通常是IC类别的组件是需要要比较大的电源才能使之正常运作,IC的耗电量也是占整体电路最大的比例。因此在规划DC-DC电源时,搜集所需要设计IC 类别组件的功耗,是首要的工作。

在此简单举出一个例子说明 :

如果我们要设计一个有MCU IC,搭配其周边的flash IC,DDR IC x 2的电路。就必须搜集到相关的IC电源供耗为何。

假设 MCU IC 需要的工作电压分别是 5V,3.3V和 1.2V,这三组电压的工作电流会依据IC内部设计功能而有所不同。在此举例, 5V/500mA,3.3V/1000mA,1.2V/3300mA;flash IC需要的工作电压为 3.3V/5mA;DDR IC 需要工作电压为 1.35V/800mA

另外,在DC-DC IC 的种类,常见的有升压和降压两种类别,在此举降压应用说明。

综合以上信息,所规划的DC-DC电源方案如下图一所示。

将各个功能所需要的功耗加总起来后,便可知道此电路设计需要5V/2.39A, 功耗为 11.94W。接着就可以继续后续的电路设计的部分了…….

但是,事实上,下图的规划仍然有问题。

图一

要使用DC-DC IC 就得必须要考虑到效率(η)转换问题。

效率计算公式为

η=Po/Pi

般业界的DC-DC通常可做到 85% ~ 90%的转换效率。

所以在此例子,假设 η = 85%,代入此公式计算 DC-DC (5V->3.3V)的实际 Pi ,可得到

Pi=Po/η =3.32/0.85=3.91W

在前例,5Và 3.3V的 Pi 为 3.32W,考虑η因素后, Pi 变为 3.91W,这代表着电源在经过转换后约有15%的损耗。

明白上述考虑后,再重新计算每组DC-DC的实际 Pi 后,就可以得到一个比较完整的电源规划配置,如下图二

PD電源規劃入門_page-0002

圖二

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