對硬件工程師而言，電源是不可避免的，甚至是整個板子最重要的模塊。不同的PCB，各種各樣五花八門的電源模塊，做過的見過的也不少，但總的歸類來講，一般的DCDC電源轉(zhuǎn)換模塊也就不外乎開關(guān)電源模塊和線性電源模塊兩種，其他的變化總是萬變不離其宗。。

開關(guān)電源簡介

首先介紹的是開關(guān)電源。說到開關(guān)電源就不能不提到兩個單詞buck和boost。感覺不管什么詞，只要變成英文就顯得特別高大上，其實這個對應(yīng)的就是降壓開關(guān)電路和升壓開關(guān)電路。再用更接地氣的說法來講，就是串聯(lián)開關(guān)電路和并聯(lián)開關(guān)電路。一下子就把層次拉到熟悉的初中物理知識了，簡化電路如下圖所示：

圖1 串聯(lián)開關(guān)電路 圖2 并聯(lián)開關(guān)電路

開關(guān)電源顧名思義就是通過控制晶體管的導(dǎo)通截止來轉(zhuǎn)換電壓，由于部分時間工作在截止狀態(tài)，功耗比較小，發(fā)熱也比較小。所以相較與線性電源模塊而言，效率比較高，發(fā)熱也沒有那么厲害。

圖3 開關(guān)接通狀態(tài) 圖4 開關(guān)截至狀態(tài)

開關(guān)電源的工作原理其實比較簡單：當晶體管基極為高電平時，晶體管飽和導(dǎo)通，等效電路如圖3所示，此時電感L儲存能量，電容C充電。當晶體管基極為低電平時，晶體管截止，等效電路如圖4所示，此時電感L釋放能量，電容C放電。通常我們的PCB板上還有采樣電路，反饋電路，以此來調(diào)節(jié)基極控制電壓的占空比，來達到穩(wěn)壓的目的。同時，由于負載和晶體管串聯(lián)，輸出電壓小于輸入電壓，所以又叫降壓開關(guān)電路（buck開關(guān)電路）。對應(yīng)的并聯(lián)開關(guān)電路原理相似，同時由于晶體管并聯(lián)，電感產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與電壓相疊加后作用于負載，所以輸出電壓會高于輸入電壓。

實際的開關(guān)電源電路圖一般如下圖所示：一般開關(guān)電路在PCB中主要包涵輸入濾波，開關(guān)電路，控制電路，輸出濾波四個主要部分，其中紅色框是主電流通道，包含輸入濾波，開關(guān)電路，輸出濾波三個重要的部分，其余部分為控制電路，其中需要重點關(guān)注的部分為采樣電路和反饋電路。

濾波電路對于開關(guān)電源是很重要的，因為模塊本身電源轉(zhuǎn)換時通過晶體管的開關(guān)來控制的，那么開關(guān)的過程中就會產(chǎn)生尖峰脈沖干擾。輸入濾波一般應(yīng)該包括大容值電容和小容值電容，小容值電容靠近晶體管放置，能給晶體管內(nèi)部高頻電流提供到地的回路。大容值的電容則能給晶體管輸入平穩(wěn)的直流穩(wěn)壓電源。而輸出部分的大容值電容則是用于給負載提供平穩(wěn)的直流電源。在負載電阻發(fā)生變化時，由于開關(guān)電路需要通過采樣、反饋，調(diào)節(jié)占空比的方式來調(diào)整輸出電壓，不能隨時調(diào)整，所以需要一個大容值電容充放電來緩沖。

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