电源管理模块设计 - 线性电源和开关电源的区别
1. 电源类型
- 线性电源 (linear power supply): 直接通过线性变压器的匝数比来实现降压成低压交流电之后，通过整流和滤波形成直流电，最后通过稳压电路输出稳定的低压直流电。
- 开关模式电源（Switch Mode Power Supply，简称SMPS），又称交换式电源、开关变换器，基本原理是1. 输入端直接将交流电整流变成直流电；2. 再利用MOSFET或者晶体管的高速开启/关断性能（高频震荡电路），控制电流的通断形成高频脉冲电流，把DC电流斩成频率一定的AC方波，将直流逆变成交流电；3. 交流方波通过电感（高频变压器）进行能量传递和电压变更，再通过输出整流来获得稳定的DC输出电压。
- 线性电源和开关电源的区别
- 线性电源的基本原理是市电经过一个工频变压器降压成低压交流电之后，通过整流和滤波形成直流电，最后通过稳压电路输出稳定的低压直流电。电路中调整元件工作在线性状态，直接通过线性变压器的匝数比来实现降压，将输入电压降压整流滤波后得到所需电压
- 线性电源优点：技术很成熟，可以达到很高的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音。
- 线性电源的缺点：需要庞大而笨重的变压器，所需的滤波电容的体积和重量也相当大，而且电压反馈电路是工作在线性状态，调整管上有一定的电压降，在输出较大工作电流时，致使调整管的功耗太大，转换效率低，还要安装很大的散热片。这种电源不适合计算机等设备的需要，将逐步被开关电源所取代。
- 开关电源是将交流电先整流成直流电，再在高频震荡电路的作用下将直流逆变成交流电，再整流输出成所需要的直流电压。这样开关电源省去线性电源中的变压器，以及电压反馈电路。而开关电源中的逆变电路完全是数字调整，同样能达到非常高的调整精度。
- 开关电源的主要优点：
体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。
开关电源的主要缺点：
由于逆变电路中会产生高频电压，对周围设备有一定的干扰，需要良好的屏蔽及接地。
2. 估算各模块电流
- 确定好电源设计的流程后，可按照硬件设计框图以表格的形式将各个器件的供电进行分类，列出系统中用到几种电压，作为列标题，将耗电模块作为行标题，将系统中不耗电的部分去除，计算出各电压的电流，各模块的电流消耗主要以查询数据手册为准，同时加以估算的进行填表
- 在对各个功能模块进行电流的估算时，若器件数据手册没给出其最大值，则一般取额定值的1.5~2倍;特殊模块，电源芯片的参考转换效率为80%。工程师可根据电源电流计算表的典型值进行电源系统的设计，并以最大值来进行校验。
- 再者，在设计电源系统时还得考虑模块的同步系数，即在同一时间内，参与消耗电流的器件的比例，一般为0.5~0.7，选取值根据实际的系统来决定。为保证电源系统的稳定性，我们可选取同步系数0.5，即同一时间内，系统中半数耗电模块的电流值取最大值，其它的取额定值来计算器功耗。
3. 绘制Power tree
- 根据估计的电流，以及各电压等级电流的分配，绘制更加形象直观的树状图。如下图：
4. 时序
系统上电时序图需根据系统中的各模块之间的关联关系绘制. 芯片也会有上电或者掉电时序.
如下图为某模块启动上电时序图;
大到整机系统，小到处理芯片，需严格遵循模块或者芯片的使用手册要求时序进行上电或者掉电，否则在从产品使用时可能会出现以下情况，第一，上电阶段电流过大; 第二， 系统或者器件启动异常; 第三，最坏的情况会对系统模块或者处理器造成不可逆的损坏.
5. 电源IC的选择
电源IC的选型基本原则：
- 遵循不要“大牛拉小车”或“小牛拉大车”的基本原则。选用电源芯片时为保证电源的使用寿命，需要留有一定的裕量，较合适的工作电流为电源芯片最大输出电流的70%～80%。 当选用DC-DC时，要考虑负载电路运行在额定电流的50%以上，过小的负载电流会造成本的提高以及过低的转换效率。
- 开关电源的转换效率较高，但是纹波相对于线性电源较大。线性电源主要应用在小压降、小电流的降压稳压电路中，因其低成本、电路简单而被广泛应用。使用线性稳压器(特别是普通线性稳压器)的时候，由于压降都消耗在稳压芯片上，要考虑充分器件的散热。
- 在电源设计前需要核实所用元器件的电压、电流和功率等参数，进而计算评估电路的功耗，从而选择合适的DC-DC或LDO电源电路电源电路的设计过程中还要着重考虑芯片散热处理、滤波电容位置、布线的载流能力、输入/输出过孔处理等因素。开关电源IC和电感下方不能布任何信号线，DC/DC开关电源都有Sense路径，该Sense路径要远离干扰源和大电流平面，且不要将Sense走线直接接在开关电源的输出引脚上，一般采用线连接在输出滤波电容的后面。
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