板載電源是什么？

板載電源是指在電路板上搭建了電源電路或使用板載式電源模塊，把電源部分集成到PCB板，跟應(yīng)用電路在同一個(gè)板子上。直接輸入市電即可工作，不需要外部轉(zhuǎn)換或外接電源適配器。

板載電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)：

LDO：

在壓差較大或者電流較大的降壓電源設(shè)計(jì)中，建議采用開關(guān)電源，避免使用LDO。采用線性電源（包括LDO）可以得到較低的噪聲，并且使用簡(jiǎn)單，成本低，在單板上應(yīng)用較多。LDO必須計(jì)算熱耗并滿足降額規(guī)范，采用線性電源時(shí)電源功率的計(jì)算不能使用負(fù)載電壓和電流的乘積計(jì)算，必須采用線性電源輸入電壓和負(fù)載電流的乘積計(jì)算。

采用開關(guān)電源能夠達(dá)到很高的效率，對(duì)大電流及大壓差的場(chǎng)合，推薦采用開關(guān)電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如果電路對(duì)紋波要求較高，可以采用開關(guān)電源和線性電源串聯(lián)使用的方法，采用線性電源對(duì)開關(guān)電源的噪聲進(jìn)行抑制。

在LDO輸出端濾波電容選取時(shí)，需要注意參照手冊(cè)要求的最小電容、電容的ESR/ESL等要求，確保電路穩(wěn)定。推薦采用多個(gè)等值電容并聯(lián)的方式，增加可靠性以及提高性能。LDO輸出電容為負(fù)載的變化提供瞬態(tài)電流，同時(shí)因?yàn)檩敵鲭娙萏幱陔妷悍答佌{(diào)節(jié)回路之中，在部分LDO 中，對(duì)該電容容量有要求以確保調(diào)節(jié)環(huán)路穩(wěn)定。該電容容量不滿足要求，LDO可能發(fā)生振蕩導(dǎo)致輸出電壓存在較大紋波。

PCB設(shè)計(jì)：

電源?？?/span>/芯片感應(yīng)端在布局時(shí)應(yīng)采用開爾文方式，很多電源模塊和電源芯片在設(shè)計(jì)時(shí)，采用了獨(dú)立的Sense管腳，作為對(duì)輸出電壓的反饋輸入。這個(gè)Sense信號(hào)應(yīng)該從取用電源的位置引給電源模塊，而不應(yīng)該在電源模塊輸出端直接引給電源模塊，這樣可以通過電源模塊內(nèi)部的反饋補(bǔ)償?shù)魪碾娫茨K輸出傳輸?shù)綄?shí)際使用電源處路徑帶來的衰減。對(duì)于電源監(jiān)控電路等，也應(yīng)該遵守相同的原理，即從實(shí)際需要監(jiān)控點(diǎn)將電源引給監(jiān)控電路，而不是從監(jiān)控電路最近處引給監(jiān)控電路，以確保精確性。

Buck電源PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

（1）輸入電容，輸出電容盡量共地。

（2）輸出電流過孔數(shù)量保證通流能力足夠，電流為設(shè)定的過流值。

（3）如果輸出電流大于20A，最好區(qū)分控制電路AGND和功率地GND，兩者單點(diǎn)接地，如果不做區(qū)分，保證AGND接地良好。

（4）輸入電容靠近上管的D極放置。

（5）Phase管腳因?yàn)槠鋸?qiáng)電流，高電壓的特性，輻射大，需做以下處理：Phase相連接的上管的S極，下管的D極和電感一端打平面處理，且不打過孔，即盡量保證3者和電源芯片在同一個(gè)平面上，且最好放置在top面。Phase平面保證足夠的通流能力的前提下，盡量減小面積。關(guān)鍵信號(hào)遠(yuǎn)離該Phase平面，小電流的Phase網(wǎng)絡(luò)直接拉線處理，禁止拉平面。

（6）輸入電容的GND，電源輸入因?yàn)樵肼暣?，敏感信?hào)需遠(yuǎn)離該平面，遵循3W原則，禁止高速信號(hào)在上述地平面打的過孔中間走線，尤其關(guān)注背板的高速信號(hào)。

（7）GATE、BOOT電容走線盡量粗，一般為15mil~40mil。

（8）電壓采樣因?yàn)殡娏餍。菀资芨蓴_，如果為近端反饋盡量靠近電源芯片，如果為遠(yuǎn)端反饋，需走差分線，且遠(yuǎn)離干擾源。

（9）DCR電流采樣網(wǎng)絡(luò)，需要差分走線，整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)盡量緊湊，且需靠近電源芯片放置，溫度補(bǔ)償電阻靠近電感放置。

（10）環(huán)路補(bǔ)償電路盡量面積小，減小環(huán)路，靠近電源芯片放置。

（11）電感下禁止打孔，一方面防止有些電感為金屬表層，出現(xiàn)短路。一方面因?yàn)殡姼械妮椛浯螅绻旅娲蚩自肼晻?huì)耦合。

（12）MOS管下需打過孔進(jìn)行散熱，過孔數(shù)量按照輸出最大電流計(jì)算，非過流值。電源芯片底部打過孔到背面進(jìn)行散熱處理，覆銅越大散熱越好，最好部分亮銅處理。

升壓電路：

升壓電源（BOOST）使用必須增加一個(gè)保險(xiǎn)管以防止負(fù)載短路時(shí)，電源直通而導(dǎo)致整個(gè)單板工作掉電。保險(xiǎn)的大小由模塊的最大輸出電流或者負(fù)載最大電流而定。

電感：

禁用磁飽和電路禁止選用采用磁飽和電路的電源模塊，因?yàn)榇棚柡碗娐匪么怒h(huán)的原因，對(duì)溫度比較敏感，易在高溫工作時(shí)不穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)負(fù)載能力差，在磁飽和路負(fù)載最小時(shí)工作最惡劣，易形成輸出不穩(wěn)定。

濾波電容：

電源濾波可采用RC、LC、π型濾波，其中電阻、電感和磁珠必須考慮其電阻產(chǎn)生的壓降。對(duì)電源要求較高的場(chǎng)合以及需要將噪聲隔離在局部區(qū)域的場(chǎng)合，可以采用無源濾波電路。 在采用無源濾波電路時(shí)，推薦采用磁珠進(jìn)行濾波。磁珠和電感的主要區(qū)別是電感的Q值較高，而磁珠在高頻情況下呈阻性，不易發(fā)生諧振等現(xiàn)象。

對(duì)于濾波電路，應(yīng)保證電感、磁珠或者電阻后的電容網(wǎng)絡(luò)能夠所有頻率下，保證低阻抗。必要時(shí)應(yīng)采用多種容量的電容并聯(lián)，并局部鋪銅的方式達(dá)到目標(biāo)阻抗。

大容量電容一般為電解電容，其體積較大，引腳較長(zhǎng)，經(jīng)常為卷繞式結(jié)構(gòu)（鉭電容為燒結(jié)的碳粉和二氧化錳）。這些電容的等效串聯(lián)電感較大，導(dǎo)致這些電容的高頻特性較差，諧振頻率大約在幾百KHz到幾MHz之間。小容量的陶瓷貼片電容具有低的ESL和良好的頻率特性，其諧振點(diǎn)一般能夠到達(dá)數(shù)十至數(shù)百MHz，可以用于給高頻信號(hào)提供低阻抗的回流路徑，濾除信號(hào)上的高頻干擾成分。因此，在應(yīng)用大容量電解電容時(shí)，應(yīng)在電容上并聯(lián)小容量瓷片電容使用。

上電時(shí)序：

對(duì)于多工作電源的器件，必須滿足其電源上掉電順序要求，不滿足的話很有可能導(dǎo)致器件不能夠正常工作，甚至導(dǎo)致器件燒毀。電源模塊、電源上的電容都會(huì)對(duì)電源上電順序產(chǎn)生影響， 可能出現(xiàn)上電過程中違反電壓要求的情況，必須進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

當(dāng)多個(gè)芯片配合工作時(shí)， 必須在最慢的期間完成初始化后才能開始操作， 否則可能造成不可預(yù)料的結(jié)果。對(duì)于某些ROM等器件，在上電后一段時(shí)間才能開始工作，如果在此之前就開始讀取，也可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

熱拔插系統(tǒng)：

熱拔插系統(tǒng)在單板插入瞬間，單板上的電容開始充電。因?yàn)殡娙輧啥说碾妷翰荒芡蛔?，?huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的電壓瞬間跌落。同時(shí)因?yàn)殡娫醋杩购艿?，充電電流?huì)非常大，快速的充電會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的電容產(chǎn)生沖擊，易導(dǎo)致鉭電容失效。如果系統(tǒng)中采用保險(xiǎn)絲進(jìn)行過流保護(hù)，瞬態(tài)電流有可能導(dǎo)致保險(xiǎn)絲熔斷，而選擇大電流的保險(xiǎn)絲會(huì)使得在系統(tǒng)電流異常時(shí)可能不熔斷，起不到保護(hù)作用。所以在熱拔插系統(tǒng)中電源必須采用緩啟動(dòng)設(shè)計(jì)，限制啟動(dòng)電流，避免瞬態(tài)電流過大對(duì)系統(tǒng)工作和器件可靠性產(chǎn)生影響。

一般工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，很多時(shí)候電源部分會(huì)自己設(shè)計(jì)，并且設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品也沒有什么問題。但是發(fā)現(xiàn)問題，一般在批量生產(chǎn)的時(shí)候，這時(shí)要改動(dòng)可能會(huì)影響其他結(jié)構(gòu)，而采用板載式電源模塊，可以很好的避免這些問題。