通常,电源的电流分配设计与系统设计的成败有关。
对于电子系统的设计者,应给予足够的重视。
也许当您发现努力工作的系统仅由于电源问题而无法正常工作时,您将真正意识到电源的电流分配设计的重要作用。
您是否曾经尝试过在电路板上空载通电时一切正常,但在没有负载的情况下却处于“低功率”状态。
负载加载后?这不是因为外围设备“请求”请求了。
太多,但您的电源是“给定的”电源。
不合理!让我们看一个例子:硬件工程师在设计以太网PHY电路时使用外部LDO芯片产生1.2V电压来为PHY芯片的数字和模拟电源供电。
当数据以低速传输时,网络通信畅通无阻,但是当使用1000M全双工通信模式时,通信不稳定!经过长时间的研究,得知PHY芯片在千兆位通信模式下具有1.2V的电源电流。
高于500mA,如图1所示。
但是,工程师选择的LDO的最大输出容量仅为350mA,如图2所示,不足以满足负载需求。
图1 PHY芯片的电流特性图2 LDO的电气极限参数电源网络为嵌入式系统的各个组件提供电能。
如果设计不当,则每个组件将无法获得所需的功率,系统将无法正常工作,发热,重新启动,甚至整个系统都处于瘫痪状态。
因此,在电源系统中合理分配电流的重要性是不言而喻的。
嵌入式硬件电源设计根据规模和电源芯片类型可分为系统级设计和模块级设计。
系统级设计通常是指根据系统需求划分电源类型的设计。
模块级设计通常是指在确定电源电压类型时根据负载需求选择的功率转换器的设计。
图3嵌入式系统电源设计的流程图如图3所示。
无论是系统级设计还是模块级设计,功耗估算都是必不可少的也是最重要的环节。
本文将介绍一种电源电流分配设计方法。
系统级电源设计需要确定整个系统所需的电源电压类型,例如5V,3.3V,1.8V等,并估算每个电源的电流大小作为选择合适的电源的基础电源IC。
模块级电源设计在确定电源电压的前提下选择电源转换器的类型,通常分为三类:线性稳压器(LDO),开关电源(DC-DC)和电荷泵。
然后估算电源电流的大小,选择相应的电源IC。
1.估算每个模块的电流。
确定电源设计过程后,您可以根据硬件设计框图以表格的形式对每个设备的电源进行分类。
列出系统中使用的几种电压作为列标题,并使用功耗模块作为列标题。
行标题,卸下系统中不消耗功率的部件,例如DB9插座,RJ45插座,JTAG接口和其他连接器,并计算每个电压的电流。
这里以广州致远电子的EPC-AW287I工业无线主板设计为例。
每个模块的电流消耗主要基于查询数据手册,同时以估算的方式填写表格。
表1电源电流计算表估算每个功能模块的电流时,如果器件数据手册中没有给出最大值,则通常为额定值的1.5〜2倍;对于特殊模块,例如AW28A核心板,其电源消耗更为复杂,最大值的计算是典型值的5倍。
电源芯片的参考转换效率为80%。
工程师可以根据电源电流计算表的典型值设计电源系统,并使用最大值进行验证。
此外,设计电源系统时必须考虑模块的同步系数,即同时参与电流消耗的设备比例一般为0.5〜0.7,选择的值要根据实际系统确定。
为了保证电力系统的稳定性,我们可以选择同步系数为0.5,即同时将电流值减为一半的功率。