1 簡介

板載電源設(shè)計(jì)常用的有兩種方式：DC-DC電路和 LDO電路 。LDO即Low Dropout Regulator，是一種低壓差線性穩(wěn)壓器。這是相對(duì)于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器來說的。DC-DC是一種新研制的小型化電源開關(guān)模塊，它是采用微電子技術(shù)，把小型表面安裝集成電路與微型電子元器件組裝成一體而構(gòu)成。這兩種電源設(shè)計(jì)的方式主要區(qū)別見下：

2 板載電流的計(jì)算

2.1 電流計(jì)算

DC-DC電路電流計(jì)算

DC-DC電路的輸入12V電壓，負(fù)載電壓為3.3V，1.5A，那么如何計(jì)算輸入的電路？

常用DC-DC芯片的手冊(cè)首頁通常會(huì)表示清楚在不同應(yīng)用場景下，DC-DC芯片對(duì)應(yīng)的效率（我在計(jì)算DC-DC轉(zhuǎn)換效率時(shí)，一般按照85%來計(jì)算），見下圖：

此處按照85%的轉(zhuǎn)換效率來計(jì)算，則：

可以計(jì)算出：I = 3.3V * 1.5A ? 85% ?12V ≈0.485A

• LDO電路電流計(jì)算

LDO電路電流的計(jì)算方式與DC-DC不同，當(dāng)LDO電路的輸入12V電壓，負(fù)載電壓為3.3V，1.5A時(shí)，輸入電流與輸出電流相同，均為1.5A。

2.2 電流計(jì)算工具推薦

為了簡化計(jì)算，在這里給各位老鐵推薦一款比較好用的電流計(jì)算工具（LTpowerPlanner），也可用來繪制電源樹。ADI提供了一個(gè)繪制電源樹特別方便的工具，能極大減少我們繪制電源樹的時(shí)間成本，支持一鍵計(jì)算所有參數(shù)。效果見下圖：

3 電路設(shè)計(jì)實(shí)戰(zhàn)

3.1 DC-DC電路設(shè)計(jì)

• 大電流輸出
  TPS568215RNNR的輸入電壓范圍：4.5 ~ 17V，輸出電壓范圍：0.5~5.5V，最大輸出電流8A。

• 小電流輸出

TPS62067DSGR的輸入電壓范圍：2.9 ~ 6V，輸出電壓范圍：0.8~6V，輸出最大電流為2A。

可以很明顯看出，DC-DC電源設(shè)計(jì)過程中，都會(huì)存在一個(gè)電感。下面會(huì)有專門的章節(jié)介紹電感選型的過程。

3.2 LDO電路設(shè)計(jì)

TPS62067DSGR的輸入電壓范圍：1.1 ~ 6.5V，輸出電壓范圍：0.8~5.2V，輸出最大電流為2A。

4 計(jì)算最小電感量

計(jì)算最小電感，將DC-DC轉(zhuǎn)換電路劃分為Buck電路和Boost電路進(jìn)行考慮。

4.1 最小電感的計(jì)算

• Buck電路最小電感值計(jì)算

Buck轉(zhuǎn)換電路的，最小電感的計(jì)算公式如下:

通常ΔI取額定電流Irat的"1/2"，則上述公式變化如下：

• Boost電路最小電感值計(jì)算
  Boost轉(zhuǎn)換電路的，最小電感的計(jì)算公式如下：

4.2 案例分析

• 計(jì)算電感值

需要根據(jù)電感的精度，計(jì)算電感值，并且需要留有一定的裕量。

需要根據(jù)電感的精度，計(jì)算電感值，并且需要留有一定的裕量。

對(duì)于精度為20%的電感，若設(shè)計(jì)的裕量為5%，則需要設(shè)計(jì)的電感值為：

L = （1+20%+5%）*Lmin

• 標(biāo)稱電感的計(jì)算
  實(shí)際使用的電感會(huì)比我們計(jì)算出來的電感稍大，我們稱為標(biāo)稱電感。
  以Boost電路為例，輸入電壓為4.2V，開關(guān)頻率為1.2MHz，輸出電流為500mA，輸出電壓為5V，那么需要的電感為：
  
  則：L=2.24μH×1.25=2.8μH，比2.8μH稍大的標(biāo)稱電感為3.3μH，所以DC-DC外部電感選用3.3μH電感。
• 電流計(jì)算
  確定確認(rèn)所選擇電感的飽和電流Isat要大于Imax，溫升電流要大于輸出電流。電流要求：

Imax=Iout+1/2×ΔI=Iout+1/4×Iout=1.25×Iout=1.25×0.5A=0.625A

4.3 注意事項(xiàng)

• 電感自諧頻率f0需是開關(guān)頻率Fs的10倍以上。
• 飽和電流Isat和溫升電流Irms中的電流較小值進(jìn)行設(shè)定。
• 大電流區(qū)，DCR起決定性作用，DCR越大，轉(zhuǎn)換效率越低。
• 疊層電感比繞線電感的散熱性好、ESR值更小、成本較低，但耐電流比繞線電感小。
• 選擇帶磁屏蔽(屏蔽罩或磁性膠水涂覆)的電感可有效改善EMI。
• 電感的尺寸：同等標(biāo)稱電感量，尺寸的大小直接影響選材的成本。
• 電感飽和會(huì)導(dǎo)致電流急劇增加，使電感溫度升高，并影響其它元件的壽命。