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小電源,大講究

發(fā)布時間:2023-05-23 11:24

高速先生成員--姜杰


成功的電源設(shè)計千篇一律,失敗的直流壓降各有各的秘密。

對于電源的直流壓降,高速先生之前分享過一些低電壓、大電流的電源案例,其實,對于種類繁多的小電源,由于電流相對較小,設(shè)計過程中更容易被忽視,直流壓降超標的情況也屢見不鮮,稍不注意,就容易翻車。今天,就讓我們跟隨電流的腳步,看看它這一路要經(jīng)歷多少磨難。 

 

【案例一】電源輸出開源“截”流,電流密度出師不利

我們從源頭說起,大家都知道,電源輸出管理模塊(VRM)附近的電源和地過孔的分布會影響電源的輸出,知道是一回事,能否做到又是另外一回事了。比如,下面的這個案例的設(shè)計。

乍一看,好像也沒啥毛病。再來看看電源平面的電流密度分布,問題就一目了然了:最左邊的一路電源的輸出路徑,基本被紅色方框內(nèi)的地過孔打斷,導致這一路的電源輸出大打折扣,隨之而來問題就是瓶頸區(qū)域的局部電流密度偏大,直流壓降增加。

 

好在發(fā)現(xiàn)的早,要不,高速先生就下班了。

具體的修改建議是,沿著左邊的黃線,盡量加寬該電源平面,是否還有其它問題,大家可以再仔細看看……

【案例二】電源磁珠選型不對,直流壓降功虧一簣

隨著電流繼續(xù)前進,有時會遇到磁珠。例如,下面這種情況。

 

1.2V電源,電流6.5A,直流壓降要求做到+/-3%,在看到仿真結(jié)果之前,估計大家都會認為這是一個合理的壓降要求。

實際情況是,磁珠之前的電壓1.197V,經(jīng)過磁珠之后就只剩1.164V了,僅僅是磁珠上的壓降就已經(jīng)有33mV,達到2.75%!

 

這就意味著,為了保證壓降不超標,磁珠后面的電源路徑直流壓降不能超過0.25%,顯然是很難達到的目標,真是讓人上火。

 

電源電流本身不大,為什么會在磁珠上產(chǎn)生這么大的壓降呢?回頭再仔細看看磁珠的直流內(nèi)阻,居然有10mΩ(兩個并聯(lián),也有5 mΩ)!這么大的內(nèi)阻值,吃掉33mV的壓降也就不足為奇了。經(jīng)過與硬件攻城獅的溝通,改用了另一款內(nèi)阻較小的磁珠,問題迎刃而解。

【案例三】道路曲折的電源,前途都不會太光明

順利解決了磁珠壓降,電源面對的挑戰(zhàn)才剛剛開始。

因為,好的電源層面資源通常都會優(yōu)先分配給大電流的電源,其它電源只能見縫插針,如果前期規(guī)劃不好,出現(xiàn)下面這種山路十八彎的情況也不是不可能。 

 

都知道這種電源路徑的壓降比較大,直流壓降仿真結(jié)果也驗證了這一點,輸出端1.8V的電壓到了負載端就只剩下1.6V,壓降達到了11%!

 

更要命的是,恰好這種小電源VRM還不支持遠端電壓反饋,這下,高速先生也愛莫能助了,Layout攻城獅只好含淚大改。

人教人,學不會;事教人,一點通。所謂設(shè)計經(jīng)驗,不就是成長過程中走過的彎路和掉過的坑嗎?