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。
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
圖二
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