jw.svtcc.net对于每个电路设计者来说，电源基本上是百分之百会遇到的问题，在以嵌入式设计为主的设计中，更是如此。对于很多的弱电设计者来说，功率电子方面的知识就很欠缺了，当然在设计硬件时，就会遇到这样那样的问题。

　　电源或许没有IC控制器那么强大的功能，但是它有自己的基本原则，如果在设计电源的时候没有遵守这些原则，就会遇到很多麻烦，导致正常的工作无法进行。举一个简单的例子，开关电源是电子产品中通常都需要使用的，它具有一个PWM控制器，可以打开以及关闭电压提供所需的电压和电平，如果没有正确滤除高速开关产生的噪声，将会影响负载电路。

　　如果没有正确掌握电源设计的基本原理，在设计的时候可能会遇到影响电源本身性能的问题。未能解决电源问题可能导致电源过热。如果忽略瞬态保护，就会造成浪涌损坏。为了不让这些事情发生，就需要对一些电源设计基础知识有一定的了解。

　　1、陶瓷电容器可采用各种各样的电介质，每个电介质具有不同的特性，这些特性可在其温度和电压范围内极大地影响性能。最常见的两种电介质是Y5V和X5R，而Y5V电介质价格低廉，可在小封装中提供高电容，但其电容在其电压和温度范围内变化很大，不适用于DC/DC应用。

　　X5R和X7R电介质更适合于输出电容器应用，因为它们的特性在它们的工作范围内更稳定，并且被高度推荐。

　　2、正确地选择电容器和电感器的值会使电路更加稳定，但是好的PCB设计仍然是避免高纹波甚至自振荡的关键。

　　3、通过添加PI滤波器，可以更好地保护MCU的更多纹波敏感电源（例如：模拟电压基准）。

　　4、电源余量要留足。电源一定要留足余量，一般要比负载的峰值耗电至少多20%，这样比较安全，不会发生意想不到的故障。电源余量不足时，电源会工作在极限状态，电源的纹波会剧烈上升，达到几百mV甚至几V。所以在确定电源输入之前，最好先估计整个板子系统上面的最大功耗。

　　线性电源的工作原理是先将220V或其他交流电压通过变压器转变为低压电（12V或其他小一点的AC交流电），然后再通过一系列的二极管进行矫正和整流，并且把AC交流电变为脉动电压。得到脉动电压之后，就需要对脉动电压进行滤波，一般通过电容完成，然后将经过滤波后的低压交流电转换成DC直流电。不过，此时的直流电还不够纯净，会有一定的波动（一般叫纹波），所以还需要稳压二极管或者电压整流电路进行矫正。最后就可以得到比较稳定的DC直流电输出了。

　　不同于线性电源要先将高压交流电转换为低压交流电这一过程，开关电源是直接将220V交流输入端转换为直流电DC，然后在高频振荡电路的作用下，用开关管控制电流的通断，形成高频脉冲电流。最后在电感（高频变压器）的帮助下，输出所需的稳定低压直流电。

　　对于电源电路设计来说，一般首先需要掌握的就是开关电源电路，从家用交流电压220V中获取电压，转换为直流稳定电压之后，再给电子设备主板供电。并且市场上大部分的电子产品如电脑，手机都是采用的开关电源。

　　如下图所示，这是一个简单的开关电源，利用开关的不断闭合与断开，直流电的电压就会变化。比如按照0.5s闭合0.5s断开的规律，这个12V的电压就可以变为6V，实现了降压效果。那它是什么原理呢？

　　事实上，当开关刚开始闭合时，12V直流电供电，此时二极管截止，电源开始给电感和电容储能，同时给负载供电，但是因为电感电流不能突变，所以电感为了阻值电流的增加，会感应一个与电源相反的电压，这个电感会抵消一部分电源电压，使得负载端的电压达不到12V，不过随着时间的增加，电感抵消效果会减弱，负载端的电压会慢慢达到12V。

　　然后当开关断开时，电感又产生了抵消作用，为了阻止电流突然变化，它会充当电源，给负载供电。所以开关断开之后，负载依然在短时间内是有电流的。不过随着时间推移，电感抵消作用逐渐减弱，变成一根导线，不再供电。所以，在这个连续的过程中，如果可以控制开关的断开和闭合时间差，在电流不变为零的情况下，反复开关，就可以得到一段在6V作用但不是特别稳定的DC直流电，有效值差不多接近6V。

　　电容在这个电路中主要起到了储能和滤波的作用，如果没有它，波形会变得很尖锐。最后就是电路中的开关，在实际电路中，一般用晶体三极管来充当开关的角色，它在1秒之内就可以开关上万次。

　　不要小看这个简单的开关电源，它的效率可达90%左右。其中它的主要损耗是电感，电容的等效电阻；二极管的导通压降；以及晶体三极管的导通电阻。

　　这就是一个简单的开关电源设计了，当然实际应用中开关电源的设计为了达到精度更高性能更稳定的等要求，电路也会更加复杂。

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