硬件工程师必读，如何设计电源电路？

时间：2024-05-21来源：玩转嵌入式

电子产品要工作就离不开电源，电源的设计在嵌入式行业、通信行业、工控行业都非常重要，可靠稳定的供电方案可以使产品工作更稳定、性能更好、工作寿命更长。

不同的硬件方案，对电源的要求不同，如单片机需要DC3.3V，而电机可能需要DC12V；不同的产品对电源的输入要求不同，如小爱音箱是市电220V输入，而工控板要求DC24V输入等。需要根据不同的需求设计不同的电源处理电路，根据不同的供电对象设计不同等级的电源电路。今天和大家分享一下几种典型的电源设计方案。

1-电源板

1.直流低电压降压电路设计(LDO)

这里所指的低电压是指DC18V以下的电压，这一部分的电路设计是硬件工程师在工作当中碰到最多的情况，但也是芯片级的解决方案最多的情况。嵌入式控制板的核心器件是单片机、ARM、FPGA等芯片，常用的电压有DC5V、DC3.3V、DC2.5V、DC1.8V、DC1.2V等。这种情况下对输出电流要求不是很高所以LDO芯片用的比较多，熟悉51单片机的朋友都知道，51单片机用DC5V来供电，输出DC5V的LDO芯片如7805、ASM117、LM2940、TPS709等。

2-LM2940典型电路图

上图是LM2940的典型电路图，这种LDO芯片所需要的外设器件比较少，只需要在输入和输出加几个滤波电容即可稳定工作，省元器件、省空间、使用方便，唯一的不足之处就是转化效率太低，发热严重。上图的LM2940电路，只加了四个电容即可稳定的输出DC5V。

2.直流中高压降压电路设计(DC/DC)

这里所指的中高压一般是指DC24V以上的情况，DC24V已经超过了大多数LDO降压芯片的输入电压范围，不再适用。幸运的是有很多DC/DC类芯片可以用。这类电源芯片和LDO相比，其优点就是输入范围宽、转换效率高，其缺点是所需外设元器件较多。常用的DC/DC类芯片有LM2596、LM2576、MP1584等。

3-LM2596典型电路原理图

上图是LM2596的典型电路原理图，从图上可以看出比LDO类芯片多了电感、二极管还有电阻等器件。上图是可调版本的原理图，计算方法为:Vout=1.23×(1+R89/R88)，通过选择不同的电阻即可输出所需要的电压。LM2596还带有芯片使能端，即芯片的第5引脚Vout=1.23×(1+R89/R88)，，当第5引脚接GND时芯片工作，接高电平时芯片停止工作。

3.直流高压降压电路的设计

这里所指的高压是指超过DC48V的情况，这种供电常用在以电池包供电的场合，如电动车行业、电动园林工具行业等。直流高压也超过了DC/DC芯片的输入范围，所以DC/DC芯片也无法使用了，更宽输入的电源芯片，如XL7025、XL7026、XL7045、XL7046等可满足这类应用。

4-XL7045典型应用电路原理图

上图是XL7045的典型原理图，其输入范围为DC(10-80)V，输出可调，输出最大电流为300mA，输出电压的计算公式为：Vout=1.25×(1+R2/R1)，通过调节电阻R2/R1的比值即可输出不同的电压，满足用户的不同需求。

其常用的外设元器件有电感、二极管和电阻等。其实就是DC/DC芯片，其工作原理为：内部的MOS开关以一定的频率频繁开断。在MOS闭合时，电流流经电感和负载，电感储能，二极管处于截止状态。当MOS断开时，电感所储存的电量给负载供电，同时由于电感的反向电动势使得二极管导通，由此电感、负载、二极管构成回路。电路就是在MOS管的频繁开断中工作的。