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電源設計概述
電源設計概述
電源是所有電子設備的基本要素，無論它們是使用電池、主電源還是任何其他電源為其電子電路供電。因此，正確設計電源至關重要。任何錯誤和電源都可能提供錯誤的電壓或無法提供所需的電流。它可能會產生過多的噪音，影響附近設備的自身電路。它甚至可能以可能導致危險情況的方式發生故障，例如觸電或導致未控制的火災。錯誤設計的潛在問題列表還在繼續。
電源設計注意事項
對于連接到交流電源或其他嘈雜能源的電源，輸入濾波對于將影響電源輸出的輸入端瞬變和噪聲的影響降至最低是必不可少的。所需的濾波取決于交流輸入的性質、連接到該電源的其他設備以及連接到輸出的電路靈敏度。例如，存在高電流開關電路的工業環境中的交流電源通常會出現明顯的電壓尖峰，這可能會損壞未受保護的電源。
對于基于傳統變壓器和整流技術的交流連接電源，應考慮電源輸出端的過壓保護，以防止整流中的任何故障對連接的電路造成間接損壞。
PCB 熱管理是一個重要的考慮因素。電源會產生需要有效散熱的局部高溫。這個問題與功率損耗比等效開關模式電源電路高得多的線性穩壓器尤其相關。由于溫度變化，電源周圍的 PCB 區域可能容易發生熱變形，從而導致物理移動并影響該區域的組件安裝。某些部件（例如電容器和封裝集成電路）可能對此類運動敏感，從而導致材料和電線開裂。
對于開關模式電源，計算最佳工作頻率需要在性能、效率、成本和物理尺寸之間進行權衡。通常頻率越低，效率越高，頻率越高，成本和尺寸就越好。然而，濾波所需的元件往往在這些因素中占主導地位，因此在進行開關電路設計之前，應先進行正確的濾波器設計。
電源設計指南
設計復雜的電源需要使用 SPICE 等仿真工具。為不同的設計選項和組件選擇手動重新計算將花費太長時間，并且有很大的出錯風險。集成電路制造商提供了用于仿真和元件計算的設計工具，可以讓設計人員領先一步。
PCB 布局會顯著影響電源的輸出噪聲水平，包括線路紋波和發射的電磁輻射。優化布局所花費的時間可以節省解決噪聲問題和添加額外過濾組件的時間。
在設計開關電源時，必須正確設計輸入濾波器，以確保濾波器特性結合電源的輸入阻抗在某些情況下不會導致諧振問題。這個問題會受到電源負載的影響，突出了使用仿真工具對復雜操作條件進行建模的好處。
在建模設計時，不要忘記檢查電感元件的阻尼。確保電流的階躍變化不會產生超過電源組件最大額定值的電壓或損壞電源輸出下游連接的電路，這一點至關重要。這種瞬態效應最常見于上電和斷電時，并可能導致設備過早失效。
電源設計技巧
我的前三個技巧是根據多年為初級電子工程師/技術人員提供電源設計幫助的經驗整理而成。我希望你發現這些同樣有幫助。
電源性能會受負載影響，因此在設計電路時，要分析其在空載、典型負載和最大負載條件下的性能。在最大負載下在規格范圍內運行的電源電路在其他負載條件下很可能超出規格。
電源性能會受到溫度的影響，溫度不僅受其環境（環境溫度和氣流）的影響，還受負載等因素的影響。因此，必須在所有可能的內部（輸入電壓、元件容差、輸出負載）和外部（熱、噪聲）條件下進行徹底的熱分析，以保證所有情況下的電源性能。
電源性能會受時間影響；也就是說，組件性能和值會隨著時間而變化。這種影響在某些類型的電容器中尤為明顯。因此，設計計算需要考慮設備整個生命周期內的組件容差。此問題適用于電源本身和電源驅動的電路。因此，隨著負載變化，電源會看到電路性能的變化。