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技術專題
單片機開發供電的低成本方法
我在這里想象的用例是PCB上已經有5 V電源軌的3.3 V微控制器。產品的主要電源（例如，來自墻壁變壓器的電源）可能是5 V，或者開關會為板上的其他組件產生5V。無論如何，您只有5 V，而對于小型，低功耗MCU則需要3.3 V，該MCU始終執行基本的監視，控制和通信任務。
想象一下，我們正在消費電子領域中工作-該產品不需要承受極端的溫度變化，沒有人的壽命取決于它，而將成本降至最低是中心設計目標。
像我這樣的過度設計人員本能地尋求線性穩壓器IC，其電流容量可能比我所需的電流大五倍，并且收集了與我的應用無關的驚人規格-在整個溫度范圍，輸入電壓范圍內，V OUT精度為2％高達20 V，0.001％/ V的線路調節率等
您可能會認為我正朝著基于穩壓二極管的穩壓器發展，但我想到的要比這更基本：它只是三個普通二極管的串聯連接。
我們在這里所做的就是利用二極管壓降將5 V電源軌帶入微控制器可接受的電源電壓范圍內。這真的有效嗎？好吧，首先讓我們看一下基本電壓和電流注意事項。
電源電壓和二極管壓降
我最熟悉Silicon Labs制造的處理器，因此我將使用其規格作為代表示例。陣容中較舊的3.3 V器件的V DD范圍為2.7 V至3.6 V，而較新的器件則可承受2.2 V至3.6V。然后，我們觀察到
三個二極管每片下降600 mV，將使我們處于3.2 V；
即使三個電壓都低至470 mV或高達750 mV，我們也將保持在2.7–3.6 V范圍內；和
在新型MCU的2.2–3.6 V范圍內，二極管正向電壓可以在470 mV至930 mV的范圍內。
MCU電流消耗
如果我們可以依靠恒壓降模型，那么三二極管電壓“調節器”將很容易實現。但是在這樣的應用程序中，我們需要一種更精確的分析方法。
二極管所下降的確切電壓是電流的平穩變化函數。因此，三個MCU下降后剩余的電源電壓將根據MCU在任何給定時刻消耗的電流而發生顯著變化。
我們要做的是仔細估算MCU的電流消耗，然后二極管數據表中正向電流與正向電壓的關系圖可幫助我們確定二極管的壓降是否在可接受的范圍內。
這是一個例子：
BAS16GW二極管的正向電流與正向電壓的關系圖。
假設我們試圖保持在2.7 V–3.6 V的電源電壓范圍內。如果我們在室溫下運行，并且微控制器需要1 mA電流，則二極管壓降將在600 mV范圍內。這使我們接近V DD范圍的中間。
如上所述，二極管電壓的下限和上限分別為470 mV和750 mV，這對應于約80μA至10 mA的電流消耗范圍（80μA是一個近似值，因為該圖未擴展如此低的電流）。
對于我們在本文中考慮的應用，除非MCU必須提供大量的I / O電流來驅動LED或類似器件，否則10 mA會相當高。所述EFM8忙碌的蜜蜂，例如，在24.5兆赫工作時只消耗約4.5毫安。在1.53 MHz時電流消耗降至0.9 mA。
當您查看這些數字時，三二極管穩壓器似乎是一個可行的選擇，并且可能會在相當多的應用中提供足夠的性能。但是，在進行成本分析之前，我們需要討論一個重要的限制。
處理低電流MCU狀態
隨著MCU的電流消耗減少，二極管的壓降也減小，這導致向器件的V DD引腳提供更高的電壓。如果V DD電壓過高，可能會損壞MCU。當設備進入某種低功耗睡眠或待機模式時，就會發生這種情況。
但是，另一種可能性是正常復位將導致暫時的低電流消耗。這將是一個瞬態事件，因此，旁路電容器可能會保護MCU，但我從未在實際電路中使用過三二極管穩壓器，所以我不確定。
這些問題的解決方案是包括防止電流過低危險的附加電路。如果您有其他組件通過二極管吸收電流，則可以自動完成此操作。否則，您可以包括一個電阻，該電阻的大小取決于可接受的最小二極管電流：
這真的可以降低成本嗎？
我在Digi-Key上找到的最便宜的線性穩壓器IC成本為4.3美分（本節中提到的所有價格均涉及大批量訂單，即數千個單位）。
如果MCU的旁路電容不能充分穩定穩壓器，則還需要一個輸出電容器。（我總是為穩壓器和MCU使用單獨的電容器，但如果您認為它們可以共用一個電容，請在評論中告知我們。）1μF的陶瓷電容將使BOM成本增加0.3-0.4美分。
我看到一個三二極管陣列（即，一個表面安裝封裝中的三個獨立二極管）的價格為2美分。單個表面貼裝二極管的價格低至約1.2美分，總成本僅為3.6美分。電阻要比電容器便宜一些，也許是0.2美分。
這些數字表明可以適度降低成本。但是，這是一個簡單的分析，我的直覺告訴我，如果考慮所有購買因素，從經濟角度來看，三二極管解決方案看起來會更好。