【PCB设计】STM32开发板——电源设计

电源稳压器（Power Regulator）是一种在电源电压或者负载电流发生变化的时候，依然能够提供稳定输出电压的元件。

一、关于LDO电路

1.引入

小灯泡实验

2.LDO原理

 3.LDO芯片结构框图

PNP型三极管，Ube上升，截至，相当于阻值变大。

4.LDO电气特性

优点：

•  LDO外围器件少，电路简单，成本低，通常只需要一两个旁路电容
• LDO负载响应快，输出纹波小（因为是串联分压的结构），噪声小

缺点：

• LDO效率低，输入输出压差不能太大
• LDO只能降压
• LDO输出电流有限，最高可能就只有几安

应用场合：低压差、低纹波、低噪声

运算放大器的电源引脚旁路电容可以减少电源噪声对放大器增益、线性度等性能指标的影响。

5.AMS117电源芯片

二、关于DCDC电路

1.引入

小灯泡实验

DCDC开关电源控制电压的原理与该实验用手调节占空比的原理类似，在大多数场合用PWM波驱动足矣，但是对于电源稳压器需要得到一个平稳的直流电，再使用该方法不合适，因为波动太大。

2.相关定义

DC/DC转换器是一种开关电源稳压器，指利用电容、电感的储能特性，通过可控开关（MOSFET等）进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开时，电能再释放给负载，提供能量。

以降压为目的的DCDC电源电路称为BUCK电路。

以升压为目的的DCDC电源电路称为BOOST电路。

3.BUCK电路

不管是N沟道的MOS管还是P沟道的MOS管都是箭头尾端电压大于箭头尖端电压时就短路。

MOS管开通快关断慢。

电容的作用：

• 储能
• 滤波（把不稳定的电压滤成稳定的直流电压）

电容的电压不能突变，电感的电流不能突变。

纹波的大小取决于电感和电容的选型

可以认为在MOS管导通的时间内，BUCK电路将多余的能量存储在了LC网络中，在MOS管关闭的时间内，又重新将LC网络中的能量释放出来，从而达到了输出电压的稳定，因此BUCK电路的效率非常高。

而LDO电路利用的是串联分压的原理，实际上是将多余的那部分能量通过串联的电阻损耗掉，以达到降压的目的，工作效率远小于DCDC开关电源。

应用场合：大压差、大功率

4.BOOST电路

5.DCDC开关电源电气特性

优点：

• DC-DC效率高，输入电压范围宽泛（支持大压差）
• DC-DC支持降压和升压
• DC-DC输出电流高，功率大

缺点：

• DC-DC外围器件多，电路复杂，成本高
• DC-DC负载响应比LDO慢，输出纹波大（因为存在PWM波），噪声大

三、LDO和DCDC优劣势对比

四、实验——电源纹波长啥样

接地弹簧的作用：为了减小测量时接地回路的大小，进而减小测量时耦合到的噪声。

因为纹波属于交流分量，所以在用示波器测量时，需要将耦合方式设置为交流耦合，带宽限制选择20M，可以滤除一些不需要的系统噪声。

若想看电源输出的完整波形，可以设置为直流耦合档。

五、关于基准稳压源电路

基准电压源是一种能提供稳定、精确、不随温度、负载、电源电压变化而波动的电压源。它广泛应用于电子电路中，尤其是在需要高精度和稳定性的场合，如模数转换（ADC）、数模转换（DAC）、稳压电路、传感器电路等。

1.电源电路

VDD是数字电源，VREF是基准电压源。

2.TL431原理及其应用电路

功能：稳定输出2.5V的电压基准

【补充】滤波电容

主要作用是对电源进行去耦和滤波。

理想：

现实：

噪声是交流分量，所以可以通过电容进行释放，而不会通过电源引脚进入负载，从而保证负载得到的是干净的电源。