LDO電源電路設計

來自專欄 嵌入式硬體與高速pcb設計

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我們常用的電源類型有LDO和DCDC兩種。

DCDC包含buck，boost，buckboost，隔離，非隔離等拓撲，再加上PWM,PFM,同步整流，軟開關，磁芯複位等多種關鍵技術，可以創造出n種DCDC電源設計方案。

LDO相對比較簡單，可以分為NPN穩壓器，准LDO穩壓器和LDO穩壓器，如下圖。

由於電源各功能和關鍵技術的原理在《電源晶元介紹視頻》已有介紹，我們這裡不再詳解，這裡主要以TI的LM2941--1A LDO穩壓器為例子講解LDO電路的設計。

在設計任何電路之前，要先搞清楚你設計的東西要達到什麼指標，否則你無法判斷設計出來的是否OK。

1.電源設計判斷標準

能否OK的判斷依據是電源輸出的電壓電流等指標滿足SOC晶元的工作要求，具體請看《SOC電源設計視頻》。

我們在電源設計的時候，一般很難達到電源晶元手冊上規定的性能指標，關於指標的意義大家也可《電源晶元介紹視頻》。對於大部分工程師的電路設計來說達到70%左右也算是不錯的。所以大家在電源晶元選型時一定要保留餘量。

2.LDO的原理圖設計

輸入設計：輸入需加電容Cin，容值按手冊要求，一般在UF級別。

輸出設計：輸出需加電容Cout，容值按手冊要求，一般在10 UF級別。

電壓可調設計：通過分壓電阻R2，R1反饋回ADJ引腳。Vout計算公式如下：

Vout=Vref*（1+R2/R1）

使能設計：通過ON/OFF腳給高低電平來控制Vout是否輸出電壓。

LDO晶元的使用可以說是所有電源設計中最簡單的，想搞出問題都很難。

3.LDO的PCB設計

電源的PCB設計時影響晶元性能指標的關鍵因素。我們培訓視頻有10個多小時來做SI,PI,EMI,熱分析模擬分析，就是為了指導我們的原理圖和PCB設計。具體大家去看相應的視頻，這裡不詳細介紹。電源PCB設計的關鍵點如下：

1. R2，R1構成的反饋迴路要短，遠離干擾線。（SI的串擾模擬）
2. 輸入電容和輸出電容靠近晶元引腳，並在soc晶元增加小濾波電容。（PI模擬）
3. 電源晶元散熱盤要和大面積鋪地連接，方便散熱。（熱模擬,直流壓降模擬)

4.電源介面保護

大家還記得外漏的介面在過3C認證的時候都要做什麼測試嗎？ -----ESD測試。

LM2941晶元支持2KV的ESD，但如果我們要過更高的等級如6K/8K，那麼我們需要在電源介面添加ESD保護器件。

5.這就完了嗎？

通過前面的設計都能設計出「差不多」能用的電路，對於大部分產品級的硬體工程師來說已經足夠。但可能出現明明設計是對的，電源晶元還是跑不起來的情況？？？

LDO看似簡單，但其實這裡還涉及到「環路穩定性」的概念，---大家是不是很熟悉，這也是大學模電的內容！！！整個電源迴路是閉環的，所以必須分析環路的穩定。但是產品級的硬體工程師沒法拿到環路分析需要的晶元內部參數，更重要的是缺少增益相位測試儀（窮），所以沒法分析。故最好還是按原廠（壕）手冊給的參考設計。

關於「環路穩定性」涉及到的知識點很多，我們後面開專題再細講。

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