电源管理知识

硬件电路中,往往涉及到不同芯片的电源和供电,即电源管理方面的知识,下面进行详细介绍。

电压转换

此处电源管理中涉及到电压转换,下面详细介绍。

什么是降压变换器

  • 降压变换器=降压转换器
    • 英文:Buck Converter
    • 又称:
      • DC-to-DC power converter=直流-直流转换器
      • step-down converter
      • Buck Chopper=降压斩波器
    • 作用:
      • 降低电压的直流-直流转换器
        • 输出(负载)端的电压会比输入(电源)端要低
        • 但其输出电流会大于输入电流
    • 所属种类:开关电源=switched-mode power supply=SMPS

为何要降低电压?

  • 为了实现在外接电压输入比较大时,内部原器件也可以正常工作
    • 背景:
      • 电路板的输入电压比较高,比如12V,
      • 电路板上的内部的原器件(比如USB,DRAM,CPU等)需要的工作电压是更低的,比如5V,3.3V,1.8V等等,
    • 所以:
      • 需要转换电压,内部原器件才能正常工作
      • 且同时要尽量保持高的电压转换效率
        • 否则不仅是能量转换效率低
        • 而且损失的能量转换的热量导致电路板散热问题

降压举例

智能音箱拆解总结 天猫精灵方糖BOM,期间所整理的信息:

  • 外部输入电压较高:12V
    • =电源插头的输出电压:12V
  • 电路板上各种芯片的工作电压比较低
    • =关于芯片的工作电压Vcc比较低
      • 主控SoC芯片 MTK MT8516:1.15V
      • Nand Flash存储芯片 Samsung K9F1G08U0F:3.3V (2.7V ~ 3.6V)
      • ADC芯片 TI ADC128D818:3V ~ 5.5V
      • 音频功放芯片 TI LMV1012:2V ~ 5V
      • 音频功放芯片 NXP TFA9895:2.5V ~ 5.5V
  • -》所以需要电源管理芯片去降低电压
    • 输出合适的电流和电压
      • 以便于电路板上芯片可以正常工作

降压变换器 vs 线性稳压器

电压转换芯片常见有2类:

  • LDO=线性稳压器
  • DC-DC Converter=降压变换器=直流-直流降压变换器

现在整理如下:

  • 降压变换器:即能实现电压转换,同时又能保证高的转换效率
    • 一般大于90%
  • 与之对应的是:LDO=线性电压调节器
    • 线性电压调节器 - 维基百科,自由的百科全书
    • 线性电压调节器(英语:Linear regulator)
      • 又称:
        • 线性稳压器
        • 线性调节器
      • 是一种元件
      • 作用:保持电压稳定
      • 原理:
        • 稳压器的电阻会因应负载及输入电压的变化,以达至输出电压稳定不变。其动作尤如一不停自动调节阻值的可变电阻,使之与负载得出的分压保持固定,而过程中因输出与输入电压差而多出的能量则以发热的形式消散掉
      • 所以一般转换效率很低
        • 比如:假若输出要求为2V,而压降电压同是2V,效率就是2V/(2V+2V)=50%左右
        • 这样低的效率,在实际应用上多不为接受
        • -》需要低压差稳压器(LDO)

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