為產(chǎn)品提供移動(dòng)性能夠帶來額外的收益，并且可以開辟既有應(yīng)用之外的新興市場(chǎng)。便攜式超聲設(shè)備市場(chǎng)就是一個(gè)很好的例子。至今，超聲波圖像檢查還是需要到診所才可以完成。在大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，這通常不是問題。然而在一些偏遠(yuǎn)的村鎮(zhèn)，如果能夠?qū)⒃O(shè)備直接運(yùn)送到患者身邊，將極大地改善當(dāng)?shù)氐尼t(yī)療環(huán)境。在設(shè)計(jì)移動(dòng)設(shè)備時(shí)，對(duì)重量、尺寸和操作時(shí)間的權(quán)衡取舍是挑戰(zhàn)性極強(qiáng)的工作。當(dāng)常規(guī)功率轉(zhuǎn)換效率超過90%時(shí)，許多工程師會(huì)選擇重新設(shè)計(jì)電路板，力求從不同的功能角度尋求更大的效率改進(jìn)空間，從而降低整體功耗。

　　一：LDO 的選型和設(shè)計(jì)

　　LDO 是一種線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的晶體管或 FET,從應(yīng)用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過調(diào)節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內(nèi)所需的輸入電壓與輸出電壓差額的值。正輸出電壓的LDO（低壓降）穩(wěn)壓器通常使用功率晶體管（也稱為傳遞設(shè)備）作為 PNP.這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)壓器可以有一個(gè)非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右；與之相比，使用 NPN 復(fù)合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為 2V 左右。負(fù)輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設(shè)備，其運(yùn)行模式與正輸出 LDO 的 PNP設(shè)備類似。更新的發(fā)展使用 MOS 功率晶體管，它能夠提供的壓降電壓。使用 功率MOS,通過穩(wěn)壓器的電壓壓降是電源設(shè)備負(fù)載電流的 ON 電阻造成的。如果負(fù)載較小，這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。

　　1: LDO 的重要技術(shù)指標(biāo)：

　　導(dǎo)通壓降：定義為維持輸出電壓在標(biāo)稱值的100mV 范圍內(nèi)時(shí)，輸入電壓與輸出電壓的差值。這個(gè)指標(biāo)直接反映出效率和電池壽命。

　　靜態(tài)電流/地電流（Iq  or Ignd ）： LDO在無負(fù)載工作時(shí)自身所需要的電流，直接反映出效率。

　　工作電流： 調(diào)壓器在滿負(fù)載工作時(shí)，自身所需要的電流，直接反映出效率

　　PSRR – Power Supply Rejection Ratio電源干擾抑制率比：反映了電源的變化對(duì)該器件的性能指標(biāo)的影響。也反映了電源輸出產(chǎn)生的紋波反射到該器件的輸入端的大小。有衰減輸出紋波反饋到輸入的作用。

　　小寫δ指電壓的AC值：  從100Hz,1KHz, 10kHz,100kHz.

　　2: LDO的選用和使用：

　　I: 選用LDO的不同封裝

　　根據(jù)環(huán)境溫度和功耗選擇LDO的封裝含義如下：

　　LDO 的功耗：

　　Pmax=（Vin-Vout）x Iout+IqxVin（可以忽略）

　　不同封裝能耗散的功率：

　　二者必須滿足以下關(guān)系式：

　　Pmax<Pd

　　例如：Vin=4.2V,Vout=3.0V@200mA    TPS79930DDC 封裝為： TSOT-23 Iq=40uA

　　工作于：Tj=1250C, Ta=700C, Rtherta=2000C/W

　　Pmax=（4.2-3.0）x200mA+40uAx4.2V=240mW.

　　PD = （TJ - TA）/ JA.=（125-70）/200=275mW.

　　Pmax<Pd, 故可以選用此封裝LDO

　　下表所附是TI TPS79930 系列LDO的不同封裝的熱阻及該封裝在不同環(huán)境下的功耗：

　　II: 選用LDO的輸出電容：

　　此表反映了某系列LDO容許的輸出電容ESR的大小在4Ω  到10mΩ：

　　過大過小ESR 輸出電容可能導(dǎo)致LDO系統(tǒng)內(nèi)相位余量不夠而不穩(wěn)定， 如下圖所示：

　　低的 ESR （50mOhm） 將零點(diǎn)移到高頻。

　　這樣一來零點(diǎn)發(fā)生在0dB穿越頻率之后，意味著PL,P1兩個(gè)極點(diǎn)產(chǎn)生-180度總相移。

　　系統(tǒng)不穩(wěn)定。

　　當(dāng)然TI也有一系列LDO輸出無須輸出電容：TPS732XX,由于內(nèi)部誤差運(yùn)算放大器的相位余量足夠大，所以無須外加電容，除非輸出電容的ESR和所有寄生電阻的乘積小于50nWF;另由于此類LDO內(nèi)部集成了一電荷泵提供內(nèi)部調(diào)整管的工作電源，其輸入電壓可以達(dá)1.7V.所以從1.8V直接降壓到1.5V,1.2V  ,在輸出電流達(dá)250MA壓差為40mV

　　二： DC/DC 電源中電阻和電容的選擇和設(shè)計(jì)：

　　DC/DC是指將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無軌電車、地鐵列車、電動(dòng)車的無級(jí)變速和控制，同時(shí)使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應(yīng)的性能，并同時(shí)收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能（20~30）%.直流斬波器不僅能起調(diào)壓的作用（開關(guān)電源）， 同時(shí)還能起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用。

　　1: 功率回路中的電容的特性和設(shè)計(jì)：

　　電解電容器一般都有很大的電容量和很大的等效串聯(lián)電感。由于它的諧振頻率很低，所以只能使用在低頻濾波上。鉭電容器一般都有較大電容量和較小等效串聯(lián)電感，因而它的諧振頻率會(huì)高于電解電容器，并能使用在中高頻濾波上。瓷片電容器電容量和等效串聯(lián)電感一般都很小，因而它的諧振頻率遠(yuǎn)高于電解電容器和鉭電容器，所以能使用在高頻濾波和旁路電路上。由于小電容量瓷片電容器的諧振頻率會(huì)比大電容量瓷片電容器的諧振頻率要高，因此，在選擇旁路電容時(shí)不能光選用電容值過高的瓷片電容器。為了改善電容的高頻特性，多個(gè)不同特性的電容器可以并聯(lián)起來使用。圖3是多個(gè)不同特性的電容器并聯(lián)后阻抗改善的效果。

　　ΔV= ΔI X ESRCout

　　當(dāng)然并聯(lián)越多， ESR越低，輸出紋波越小。

　　2:功率回路中的電感特性和設(shè)計(jì)：

　　I:Buck電路中輸出電感的選擇：

　　電感量的計(jì)算方法，  DC/DC 輸出電感電流波形根據(jù)工作的模式不同如下圖所示：

　　參數(shù)r的說明：

　　一般r值我們選0.25-0.5（輸出電流時(shí)）

　　從公式可以看到， r隨輸出電流變化而變化，當(dāng)r=2時(shí)，電感工作模式從連續(xù)過度到非連續(xù)。

　　基本方法的計(jì)算公式是從V=L*di/dt演化出來：

　　正激類輸出濾波電感和 變換器輸出電感相同一般工作在電流連續(xù)模式。電感量為：

　　Ui----電感輸入端電壓

　　D---Ton/T占空比

　　Uo---輸出電壓

　　F=1/T---開關(guān)頻率

　　k=ΔI/2Io

　　允許的紋波電流越小，即 越小，電感越大，紋波電流， 反之，電感較小，要求的電容較大， 一般k=0.05~0.1

　　II: 電感飽和電流必須滿足以下公式：

　　一般選擇電感的飽和電流大于或等于控制器的開關(guān)電流。

　　Boost和Buck-boost電感的設(shè)計(jì)：

　　當(dāng)設(shè)計(jì)為連續(xù)工作模式時(shí)，所需的電感量必須滿足以下公式：

　　式中Ii=Io/η（1-D）---輸入電流平均值。

　　η---變換器效率。

　　當(dāng)設(shè)計(jì)為斷續(xù)工作模式時(shí)，所需的電感量必須滿足以下公式：

　　式中： Ui---電感輸入端電壓

　　3:系統(tǒng)的穩(wěn)定性補(bǔ)償：

　　這是一電壓式（VM） DC/DC控制器的頻響曲線： （沒有回路補(bǔ)償）

　　從以上曲線可以看出：

　　主極點(diǎn)由輸出電感電容諧振決定的雙重極點(diǎn)。增益以-40Db/斜率下降

　　輸出的等效內(nèi)阻ESR和容值構(gòu)成零點(diǎn)，此時(shí)增益以-20Db/斜率下降直到過零點(diǎn)。，這樣一來使得相位余量的范圍在450到900

　　但當(dāng)輸出電容的ESR太低，相移可能達(dá)到1800, 而且f0 太接近開關(guān)頻率（f0>fsw/3），也會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定。

　　綜上所看：

　　高ESR 的輸出電容 Cout , 可以得到更大的相位余量，但同時(shí)輸出紋波較大，因?yàn)?nbsp;  ΔV= ΔI X ESRCout.    . 低感量的輸出電感可以得到更大的相位余量，在在負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)中過沖很小，但開關(guān)電流的峰值高會(huì)很高，即輸出輸出紋波較大。

　　因此我們可以說， 電源設(shè)計(jì)是一系列的折衷考慮。

　　為了使我們的電源系統(tǒng)更加穩(wěn)定， 如果有調(diào)整電壓輸出反饋端，不過去我們可以通過以下方法調(diào)整， 使的我們可以在采用在采低的ESR電容， 輸出紋波更低的條件下系統(tǒng)更穩(wěn)定。

　　I: 一般的電壓分壓反饋網(wǎng)絡(luò)：

　　傳輸函數(shù) G（S）：

　　II: 加入一前饋電容：

　　其傳遞函數(shù)和增加的零， 極點(diǎn)如下：

　　III:這種補(bǔ)償方式增加一零點(diǎn)和一高頻極點(diǎn)但減少了高頻增益。被用于增加系統(tǒng)的相位余量。

　　IV:這種補(bǔ)償方式用于減少DC/DC變換器的高頻增益， 提高相位裕量。并且減少反饋端的噪聲。 但電容容值不能太大，  否則可能使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)減慢。

　　四：PCB板設(shè)計(jì)布局

　　1: PCB板設(shè)計(jì)布局的一般原則

　　I: 器件的放置的優(yōu)先級(jí)：

　　先功率器件（MOSFET, 整流二極管，輸出電感， 輸出電容）， 后 控制IC,IC周邊

　　II:  功率回路盡量短， 如上圖所示加粗線路： 電流從輸入到輸出的路徑。

　　III: 地線： 一般電源里有功率地和控制地， 要求分別采用星形接地法連接到控制IC的功率地和控制地， 后在IC 下通過一個(gè)過孔聯(lián)結(jié)在一起。

　　IV: 注意幾個(gè)敏感點(diǎn)：

　　FB pin 或 I sense 電流取樣端： 盡量遠(yuǎn)離功率回路， 即上圖中加粗的部分， 特別提醒，反饋線不能從電感下通過。 這部分線可以走的稍遠(yuǎn)些。 反饋取樣電阻及電容盡量靠近IC.

　　Switch Node: 在開關(guān)電源里，   在這一點(diǎn)的電壓波形以開關(guān)頻率（如1.2MHZ）從輸入電壓到地高速切換，所以有很高的 dV/dt ,電磁輻射非常嚴(yán)重。 因此我們?cè)诋婸CB時(shí)，避免把此點(diǎn)設(shè)計(jì)為一天線，要求輸出電感盡量靠近MOSFET 或SW腳， 使這點(diǎn)盡量短， 使用多層PCB, 避免通過寄生電容偶合到地和信號(hào)通到。

　　2: 注意過電流量：

　　電流1A, 1 盎司的銅， 線徑 = 12 mils Min.

　　電流5A, 1/2 盎司的銅， 線徑 = 240 mils Min.

　　電流20A, 1/2 盎司的銅， 線徑 = 1275 mils Min.

　　3oz = 0.105mm

　　2oz = 0.070mm

　　1oz = 0.035mm

　　3: 實(shí)例：