電源轉(zhuǎn)化基本考慮要素

一、電源轉(zhuǎn)化基本考慮要素

我們直接從實際應(yīng)用出發(fā)，先把電源轉(zhuǎn)化的一些基本需要考慮的事項簡單說明一下，以下幾點完全是自己在產(chǎn)品設(shè)計中會考慮的幾個方面，不保證全面，只能作為參考。

1、電壓

電壓當(dāng)然是第一直觀要素，寫本文的目的也是方便自己和大家在以后不同的差壓情況下能夠更加快速的定下自己的方案。

目前常見的單片機(jī)系統(tǒng)大多都 3.3V供電，所以我們主要就圍繞著如何產(chǎn)生3.3V的電壓來討論。

1.1 最大輸入電壓

輸入電源可能有 5V 、9V 、 12V 、24V甚至更高。

首先方案輸入電壓定下來以后那么在選擇電源轉(zhuǎn)換芯片的時候第一個關(guān)注的點就是 最大輸入電壓，那么我們選型的時候首先就需要注意一下芯片手冊上給出的DC input Voltage（最大輸入電壓）。

我這里以 HTC 型號：LM1117S-3.3 資料為例：1117的輸入居然能夠達(dá)到 20V = =！為什么會這么感嘆一下，后面會說明。

通過這個參數(shù)，我們可以選中很多很多備選的芯片。

最大輸入電壓是首先需要注意的參數(shù)，卻又是實際使用中最“弱小”的參數(shù)，就像懸崖邊的圍欄，他在那里保護(hù)著你的安全，但是正常人永遠(yuǎn)不會想著（也不建議）跑那邊上去轉(zhuǎn)悠！

一般來說，DC/DC芯片比LDO 能夠支持的輸入電壓更大。

1.2 壓差

相比輸入電壓，Low Dropout Voltage 壓差這個概念一般會被人忽略，這個概念是什么意思呢？

就是說你要產(chǎn)生想到的輸出電壓，輸入電壓與輸出電壓是必須具備一定的差值，就是輸入電壓至少要比輸出電壓大多少的意思。

以 HTC 型號：LM1117S-3.3 資料為例：上圖中的Low Dropout Voltage 在輸入1A電流的時候是1.2V，意思就是我們假設(shè)輸出3.3V， 那么他的輸入電壓至少要在 4.5V 以上，如果輸入電壓4.0V，那么就很有可能出問題，得不到我們想要的3.3V。

這個問題雖然不經(jīng)常遇到，但是博主還確實遇到過，很早的時候有一次在使用24V轉(zhuǎn)5V，然后5V轉(zhuǎn)3.3V 的普通電路中，在5V的出口加了一個二極管，為了起一定的保護(hù)作用，最開始使用的不是肖特基二極管，直接用了一個4148，那么壓降在0.7V以上，所以導(dǎo)致 5V 轉(zhuǎn)3.3V電路不正常 = =！后來換成肖特基二極管，使得壓降沒那么大，才解決問題！簡單容易出問題啊！

壓差在一般實際使用中遇到的問題并不多，因為方案一般都是給定好了標(biāo)準(zhǔn)的輸入值，只有在一些特殊的低壓環(huán)境中，還要得到更精確的電壓，比如3.3V轉(zhuǎn)成3.0V， 3.3V轉(zhuǎn)成2.5V之類的特出情況才會遇到。

一般來說，LDO的Low Dropout Voltage 比 DC/DC 的小得多。

2、電流

電流，主要說的是負(fù)載電流，你的方案中轉(zhuǎn)成3.3V以后，后面需要連接多大的負(fù)載。

比如一個STM32F103的最小系統(tǒng)，加上一些普通，是普通的！的外圍電路，說大大一點 幾十mA 也頂天了。

除了所選擇的MCU，一些普通的阻容可以不用計算得那么仔細(xì)，如果你接了的傳感器，在傳感器資料里面有注意事項會特意說明功耗問題，如果的低功耗的傳感器，也不用那么在意?？偟膩碚f就是注意所有選擇的元器件的功耗，加起來差不多大概就是你負(fù)載的功耗，但是實際上一般不會算那么仔細(xì)，注意一些特殊的大功率的器件就可以了。

大概計算了負(fù)載的功耗，就是需要多大的電流。我們選型的時候首先就需要注意一下芯片手冊上給出的Output Voltage中的Io（輸出電壓中的輸入電流）。

我這里以 HTC 型號：LM1117S-3.3 資料為例（注意圖中Condition，不同的條件結(jié)果不同）：通過這個參數(shù)，我們又可以在備選的的芯片中篩選出一批。

講到這里，必須補(bǔ)充一個重要的點，就是電路設(shè)計一般都要有冗余?。?！學(xué)會放量是一個好的習(xí)慣，電壓和電流都是如此！打個比方，輸入電壓12V，建議選擇的芯片最大輸入電壓大于12V（在一定范圍內(nèi)越大越好），負(fù)載100mA，建議選擇的芯片的輸出電流大于100mA（在一定范圍內(nèi)越大越好）。

根據(jù)負(fù)載電流選擇合適的芯片，是保證電路能夠正常工作的重要一點，另外電流大小和電路的發(fā)熱是有直接聯(lián)系的，電流越大發(fā)熱也越大（功率越大），那么在電路設(shè)計的時候要多考慮散熱。

一般來說， DC/DC 的輸出電流會比 LDO 大。

3、實際電路大小

實際的應(yīng)用中，電源轉(zhuǎn)換部分電路占用的實際電路大小是很重要的，如果PCB面積足夠大，那么對于工程師來說，應(yīng)該是得心應(yīng)手，有種隨心所欲的感覺！

但是當(dāng)實際分需求整體的PCB面積不夠大的時候，這是最考驗工程師的時候了！

影響實際電路大小的因素有兩個：

1、電源轉(zhuǎn)換芯片的大?。?a target="_blank">芯片封裝）

下圖是我截取了通用的 LDO 的封裝型號，DC/DC的沒有列出來，因為相對來說DC/DC封裝多一些復(fù)雜一下，下面的型號都是有對應(yīng)大小的尺寸，在選型的時候，手冊中也會告訴你。

一般來說，你選擇的芯片的型號名稱就 會包含封裝信息（除非這款芯片只有一種型號），這里還是以以 HTC 型號：LM1117S-3.3 資料為例：

2、電源轉(zhuǎn)換芯片的電路

影響實際電路大小還有芯片的使用電路，一般來說LDO芯片的簡單些，入口電容，出口電容即可，DC/DC的復(fù)雜一些，需要電感之類。 所以使用DC/DC 方案的情況，周圍的電路會比使用LDO的一般來說復(fù)雜一些，所以所需要的占用的PCB的面積也會相對大一些！

在芯片介紹里面，有芯片的推薦使用電路 TYPICAL APPLICATION CIRCUIT，以 HTC 型號：LM1117S-3.3 資料為例：

實際電路大小，一般來說?。?！轉(zhuǎn)換芯片越大，電路越大，散熱越好，只要散熱好了，產(chǎn)品整體就越穩(wěn)定了 ，再次強(qiáng)調(diào)是一般來說 ?。?！
如果說，實在是不能選更大型號的芯片，那么在允許的范圍內(nèi)，一定要做好散熱處理，因為這種情況相對來說發(fā)熱會多一些！

一般來說， DC/DC的電路比 LDO更復(fù)雜，占用PCB面積更大。但相應(yīng)的，從各方面來說他的散熱比LDO 更好處理。

4、成本

成本，沒什么好說的，就是芯片價格！一般來說，大廠國外的芯片價格更貴，國內(nèi)的話價格便宜。

成本不能不考慮，但是也不能舍本求末！

我聽老人講過：國外的芯片的參數(shù)寫出來，就放心的去用，他們的參數(shù)是根據(jù)批次測試的最差結(jié)果寫的，而國內(nèi)的芯片參數(shù)，使用的時候需要打個折，他們的參數(shù)是根據(jù)批次測試最好的結(jié)果寫的，良心廠家可能是根據(jù)平均參數(shù)寫的。= =?。ɡ先苏f的，不是我說的，給大家個參考）

一般同一個芯片信號，就拿我舉例子的1117來說，TI有，AMS有，HTC有，國內(nèi)也有很多廠家做。參數(shù)會有些許差異，如下圖：

成本的考慮我的建議是，如果是本來就便宜的芯片，比如1117，1塊多錢的，選貴一點國外大廠的即便翻倍也無所謂，但是有的電源轉(zhuǎn)化芯片國外的很多都10多塊甚至更貴的，我們或許（是或許）可以找找國內(nèi)的或者可以替代的方案或者折中的選個中等價格的一般知名廠家的。

一般來說，DC/DC 方案成本會比 LDO的更高！

5、LDO還是 DC/DC

老生長談的問題，選擇 LDO 還是 DC/DC。在前面的要素最后我都說明了一下一般情況下 DC/DC 方案和LDO方案的比較。這個問題網(wǎng)上有很多博文，都針對性的探討過，我臨時百度了一下，找了幾篇寫得還可以的推薦給大家：

LDO和DC-DC有什么不同？如何選型?

電源芯片選擇DC/DC還是LDO？

多余的話不說，理論的東西大家多看看文章。

我只講講在實際中我是如何選擇 LDO 還是 DC/DC的，僅供參考：

• 5V轉(zhuǎn)3.3V，3.3V轉(zhuǎn)1.8V，5V轉(zhuǎn)1.8V， 這種5V內(nèi)的轉(zhuǎn)換，我會毫無疑問的選擇LDO！
• 24V轉(zhuǎn)5V，24V轉(zhuǎn)3.3V，超過12V的轉(zhuǎn)換，我會毫無疑問的選擇 DC/DC!
• 12V轉(zhuǎn)3.3V、12V轉(zhuǎn)5V，這是實際中會讓我頭疼的，實際中我使用過LDO，也用過DC/DC。這要根據(jù)實際情況來講，具體的請看下面章節(jié)的實際電路部分。

從上面看來我的使用經(jīng)驗是，大電壓輸入，壓差大用DC/DC，小電壓，壓差小用LDO， 電壓處于中間階段，就頭疼的看實際情況決定 = =！(小玩笑，確實得看實際需求)

6、能耗與散熱

前面的要素中我們說的電壓，電流，電路大小，LDO還是DC/DC，綜合來說，最后脫離不了散熱這個話題。熱量產(chǎn)生的來源有2個（有問題請指正）：

1. 負(fù)載的消耗 電路中的所有負(fù)載本身都有一定的功耗，有功耗就會發(fā)熱，這部分是不可避免的。不管用何種方案，都是必須消耗的能量。
2. 電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的能量消耗 在我們電源轉(zhuǎn)換的過程中，有一個概念叫做轉(zhuǎn)換效率！轉(zhuǎn)換效率越高，能量的消耗就小，因為電源轉(zhuǎn)換消耗的能量是純浪費，這些浪費的能費，光浪費還不是最要緊的，要緊的是這些浪費的能量是靠熱量的形式浪費出去的。就是效率越低，熱量越大，一般電子產(chǎn)品都不喜歡高溫。所以這里能使得效率高一點，盡量使得效率高一點。在超過12V轉(zhuǎn)3.3V的區(qū)域，DC/DC方案相比LDO方案來說，效率高得太多了，發(fā)熱相對來說也沒那么明顯，對產(chǎn)品的長期穩(wěn)定的工作十分重要。

在設(shè)計電源轉(zhuǎn)換電路的時候，盡量使得效率高一點，浪費可恥！而且這種浪費對我們的產(chǎn)品有害無益！我是很討厭能量的純浪費，所以在有些兩者皆可用的場合，寧愿有些地方用貴一點的復(fù)雜一點的DC/DC，也不會想著用簡單的LDO。（偏激了，其實還是要看場合！不要像我這么偏激）

7、貨期

貨期是什么鬼？ 別說，雖然這個與技術(shù)無關(guān)，但是這是現(xiàn)實不得不考慮的一個因數(shù)，貨期表面上指的是產(chǎn)品的采購后的交貨期，實際上這里我說的是指我們選中了一個芯片后 產(chǎn)品供貨的穩(wěn)定性。

近幾年疫情的原因，電子元器件的產(chǎn)能大打折扣，很多芯片元器件時不時就缺貨，漲價……做產(chǎn)品設(shè)計的時候產(chǎn)品供貨的穩(wěn)定性，不得不作為一個考慮的因數(shù)，否則到頭來痛苦的還是自己，改方案！

說簡單的，就是產(chǎn)品設(shè)計選型的時候必須選擇大眾一點的，常用一點的，不是客戶指定（一般客戶也不會指定這個）不要選那些冷門，小眾的用的人少的型號。

二、不同場合下的方案

下面我會放一些自己常用的方案，大部分方案都是簡單常用的，前面一頓操作猛如虎，一看戰(zhàn)績不會芭比Q了吧！= =！

2.1 5V轉(zhuǎn)3.3V

根據(jù)前面的介紹，在5V轉(zhuǎn)3.3V的實際使用中，我都是使用的LDO。用的方案有如下：

1117系列

1117上文中提到的型號，不同廠家的前綴可以能不太一樣AMS1117，LM1117等，前面在將成本低的時候上過1117的圖。

1117有一個好處就是，我認(rèn)為他永遠(yuǎn)不會缺貨！

方案電路圖如下：如果是3V轉(zhuǎn)1.8V 5V轉(zhuǎn)1.8V，其實和5V轉(zhuǎn)3.3V差不多，1117-1.8V 就是一個很好的可選方案。

方案實物圖如下：

方案總結(jié)，經(jīng)典方案，永不缺貨！

RT9169

RT9169以前同事推薦過，好像也是很經(jīng)典的系列，但是我還真沒用過，可能是因為最近缺貨，而且替代品種類也多，而且5V轉(zhuǎn)3.3V沒有特別需要注意的，請原諒我用手冊湊個數(shù)：方案電路圖如下：方案總結(jié)，個人認(rèn)為一般般，現(xiàn)在還缺貨了

TLV70433

當(dāng)初接觸到TLV70433，還是剛工作不就（10年前），當(dāng)時某國企選型的時候就得找大廠的，當(dāng)時設(shè)計一個小設(shè)備，又想做得小，又想支持高電壓，然后在 TI 的選型官網(wǎng)篩選了一段時間，覺得這個芯片不錯，這么小，居然支持24V，然后就覺得很厲害。當(dāng)時做產(chǎn)品的參數(shù)還寫的可以支持24V輸入呢= =!

實際上用這個來做5V轉(zhuǎn)3.3V有點浪費，因為有點貴！而且疫情后開始缺貨！方案電路圖如下：方案總結(jié)，在5V轉(zhuǎn)3.3V的場合是不會再用了！

ME6211C33M5G

這個芯片也是近幾年自己找的，因為想要一個3.3V輸出大一點的芯片，雖然1117可以做到1A，滿足要求，但是1117畢竟封裝在某些時候還是大了一點，想找一個SOT-23-5的芯片，大多這種封裝的電流又很小，小于300mA，也是自己根據(jù)參數(shù)找了一段時間，才找到這個500mA電流的，價格也不貴，貨源看上去還充足：方案電路圖如下：方案總結(jié)，感覺還是不錯的，有待長時間多項目驗證。

TPS78233（低壓差，低功耗）

上次寫文章忘了有一個支線項目，用到了一塊不錯的芯片，TPS78233，特點呢就是低壓差，低功耗。因為用于特殊的低功耗場合，價格會相對高一點點：但是??！真的是但是，他確實在這個低功耗的特殊領(lǐng)域有優(yōu)勢的，我電路使用的場景是輸入3.6V，輸出3.3V，性能指標(biāo)如下圖：

方案電路圖如下：

SOT-23-5的封裝，所以實物圖是很小的，加上入口電容，出口電容即可！

方案總結(jié)，低功耗首選，TI性能保證！

2.2 24V轉(zhuǎn)3.3V

24V轉(zhuǎn)3.3V 我正常的產(chǎn)品常用的都是DC/DC,少數(shù)方案用過LDO，具體的情況如下：

LM2575~LM2596

LM25XX 系列，其實沒有非要是哪一款，因為對于基本的應(yīng)用都可以，他們的一個主要區(qū)別之一就是輸出電流在1A~3A有所不同。我一般選用的都是 UMW(友臺半導(dǎo)體) 或者 HTC的，價格合適質(zhì)量也還行，吐槽一下，TI的實在是太貴了！芯片價格如下，看上去還是有點貴的，但是想到24V輸入的情況下，這個價格還勉強(qiáng)接收，但是同時因為是比較經(jīng)典的型號，所以做的廠家也多，貨源也多，不容易缺貨！方案電路圖如下：方案實物圖如下：

說明，在很多需求中，除了 需要3.3V的電壓，還需要5V的電壓，一般我的處理方式就是先24V轉(zhuǎn)5V，方案完全可以采用和24V轉(zhuǎn)3.3V一樣的方案，比如LM25xx這個方案，然后再通過 5V轉(zhuǎn)3.3V的方案。比如下面的方案實物圖其實就是24V轉(zhuǎn)35V，再通過5V轉(zhuǎn)3.3V的方案，只需要將LM2596-3.3 換成封裝一樣的 LM2596-5.0即可！如圖：方案總結(jié)，經(jīng)典方案，穩(wěn)定可靠！不容易缺貨！

TPS5410D

TI的芯片，也是比較舊的一個方案了，還比較貴的，最近好像還缺貨了，我只能用過，現(xiàn)在某個產(chǎn)品還在用，但是，我要換掉他：方案電路圖如下：方案實物圖如下：

方案總結(jié)，算經(jīng)典方案，就是現(xiàn)在缺貨，價格還沒優(yōu)勢！

7805

7805為什么單獨說出來，這里不得不提一下這個方案，雖然我實際沒用過，但是我所接觸的很多產(chǎn)品里面都使用到了7805這個芯片。是真的很多市面上的產(chǎn)品，輸入電壓能夠到24V的產(chǎn)品，用的都是7805！為什么？一個LDO啊，成本低，電路簡單，耐壓高??！7805是轉(zhuǎn)5V的芯片，為什么放在3.3V這里說？5V都有了，3.3V 還會遠(yuǎn)嗎！！

請原諒我用手冊湊個數(shù)，方案電路如下：方案總結(jié)，超級通用性方案，做好散熱，成本低，永不缺貨！

2.3 12V轉(zhuǎn)3.3V

12V這個電壓，我前面說到過，比較頭疼，是因為DC/DC，感覺有點浪費，LDO呢，過不了散熱那一關(guān)。反正怎么設(shè)計都感覺應(yīng)該可以更優(yōu)= =！

和24V轉(zhuǎn)3.3V一樣

就是一般來說12V轉(zhuǎn)3.3V，能夠支持12V電壓輸入的，很多情況下，都能夠支持24V輸入，所以直接把12V轉(zhuǎn)3.3V，當(dāng)成12~24V 轉(zhuǎn)3.3V來對待。

就是上面一小節(jié)24V轉(zhuǎn)3.3V中所有用到的方案，在12V轉(zhuǎn)3.3V都可以使用！

BL8033

當(dāng)時也是一個項目，供電可以不到24V，但是得支持12V，自己考慮了一下，不能總是用 LM2596 那種“古老笨重”的方案，而且用在這里也浪費，但是實在是不想直接用 LDO，所以去商城找了個國產(chǎn)的DC/DC，上海貝嶺BL8033，芯片價格如下：方案原理圖如下：方案實物圖如下（感覺大小還可以）：方案總結(jié)，相信國產(chǎn)，好不好還需要看產(chǎn)品長期反饋，感覺沒問題！

MIC29302WU

這是一個LDO！MICROCHIP(美國微芯)的，這個芯片怎么接觸到的呢，是因為多年前做一個4G產(chǎn)品方案，4G模塊的瞬時功耗挺大的，所以需要一個大功率輸出的，當(dāng)時就找賣4G模塊的廠家推薦一下，他們就給推薦了這個芯片，現(xiàn)在看來，這個價格……方案原理圖如下（雖然是3.8V輸出當(dāng)時，但是因為是可調(diào)節(jié)的，3.3V也可以用）：方案總結(jié)，國外產(chǎn)品的質(zhì)量應(yīng)該是沒的說的，封裝不小也適合散熱，就是有點貴且個人感覺小眾。

TLV70433

TLV70433前面介紹過，輸入支持最大24V，所以在12V轉(zhuǎn)3.3V的場合，曾經(jīng)也使用過，但是發(fā)熱是不可避免的，只要能保證負(fù)載在50mA范圍內(nèi)（芯片支持函100mA），應(yīng)該是問題不大的，國外大廠的參數(shù)指標(biāo)是可以相信的，但是現(xiàn)在缺貨了：方案總結(jié)，因為缺貨我不用了（實際上是覺得現(xiàn)在很多方案都比這個芯片好，這芯片算是套了我很久，不想用了= =?。?/p>