硬件电路设计学习笔记2--降压电源电路

文章仅为个人理解，学习记录，不必具备任何权威性，悉知。
电源电路对于整个电子系统的重要性是不言而喻的，以下是在学习过程中的总结
一般电源电路有这几种类型：ACDC,DCDC,LDO，其中DCDC又分为BUCK，BOOST，反极性BOOST。
其中降压为LDO和BUCK。
1.LDO
关于LDO的描述这里不做介绍，LDO是耗能型调整器，这种电源只能降压只能降压只能降压。

LDO适用的情况是输入输出压差小，工作电流小的电源电路。
为什么LDO只适用于以上情况，这里做下解释。
P(LDO)=U*I=(U(in)-U(out))*Iout
LDO的转换效率为（P(in)-P(ldo)）/P(in)=Vout/Vin
如输入输出压差过大，PLDO会很大，LDO耗能大发热严重且转换效率低。同理输出电流过大，也会造成LDO耗能大。

以常用的LDO AMS1117举例应用，应用电路如下图

AMS1117额定电流1A, 1.5V≤ (VIN - VOUT) ≤ 12V .
以上图为例，I为1A;
电源转换效率为：3.3/5=66%。
LDO耗能：P=UI=（5-3.3）*1=1.7w
LDO为发热性元器件，LAYOUT时需考虑散热。

2.BUCK
Buck电路拓扑如下

当Q1导通时电流图如图
1，给电容C充电；
2，给负载供电。

当Q1关断时电流图如图
1，电感放电为负载供电；
2，电容放电。

设Q和D的压降都为0，则1点电压在Q导通时电压为Vdc，设导通时间为Ton,Q关断时电压为0V，设关断时间为Toff。波形如图。

周期T=Ton+Toff，开关频率f=1/T。1点平均电压为VdcTon/T。1点电压通过LC滤波电路输出得到Vout，则Vout为无尖峰无纹波的直流电压，幅值为VdcTon/T。
当Q为导通状态时，V1=vdc，则UL=Vdc-Vout=L*(di/dt）。在连续工作模式时，电感的选择应保证直流输出电流为最小规定电流（额定负载电流的10%）时，电感电流也能保持连续。所以，在最小电流时，di/2=0.1Iout，所以
di=0.2Iout，dt=Ton。
L=Ton（Vdc-Vout）/0.2Iout
因为Vout=VdcTon/T
L=5(Vdc-Vout)VoutT/IoutVdc
由上式可知，T越小，L越小，f越大，L感值越小体积越小，f越高，滤波电容越小。
所以随着开关频率的增大，BUCK电路总体积变小。
Buck转换电路中，如使用理想器件其转换效率可达100%，但在实际应用中，晶体管Q和二极管D都存在压降，会有功耗；同时二极管D反向恢复存在时间，会带来明显损耗，应使用反向恢复快的二极管，电路也存在交流损耗Pac=2VdcIout*Ts/T(Ts为开关时间)，所以开关频率越大，损耗越大。
开关频率越大，体积越小，损耗越大，布线及元器件要求越高，在设计BUCK电路时，需考虑选取。

输出电容C并非理想电容，其等效电路如图，对于低频纹波（低于500KHz）电流,L可忽略。
对于铝电解电容而言，一般RC=50-80X10^(-6).ESR=Vrr/dI, Vrr为要求电压纹波，可求得C值。

以LM26003为例，设计电路图，如下图。

已知VIN=12V,VOUT=5V,IOUT=2A,工作频率在200k-300K,Vrr小于0.05V。求R1,R2,R5,L1,C7选型.

如上：R1/R2=3.045

所以R1取20.5K,R2取6.73K(不唯一)。

R5取133k，可得f=277khz,满足条件

Lmin=5(Vdc-Vout)VoutT/IoutVdc=(575)/(21227710^3)=5.2UH
电感选型22uh 额定电流大于2A

电路搭好后，可利用示波器调整C值，直至最佳。

电源电路测试三个基本点：输出电压的大小，输出电压的纹波，及带载能力。
在测试时，应关注以下几个问题：1.带载能力是否满足需求？2.纹波是否和开关频率一样？3.过流保护点是否和设计一致。
电源需要测试阶跃响应，主要体现负载突变时电源调整能力，若调节过快，反应过激，形成振荡可增大comp引脚电容，若反应迟钝，可增大comp引脚电阻。