為產(chǎn)品提供移動性能夠帶來額外的收益，并且可以開辟既有應用之外的新興市場。便攜式超聲設備市場就是一個很好的例子。至今，超聲波圖像檢查還是需要到診所才可以完成。在大多數(shù)發(fā)達國家，這通常不是問題。然而在一些偏遠的村鎮(zhèn)，如果能夠將設備直接運送到患者身邊，將極大地改善當?shù)氐尼t(yī)療環(huán)境。在設計移動設備時，對重量、尺寸和操作時間的權衡取舍是挑戰(zhàn)性極強的工作。當常規(guī)功率轉換效率超過90%時，許多工程師會選擇重新設計電路板，力求從不同的功能角度尋求更大的效率改進空間，從而降低整體功耗。

　　一：LDO 的選型和設計

　　LDO 是一種線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器使用在其線性區(qū)域內運行的晶體管或 FET,從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產(chǎn)生經(jīng)過調節(jié)的輸出電壓。所謂壓降電壓，是指穩(wěn)壓器將輸出電壓維持在其額定值上下 100mV 之內所需的輸入電壓與輸出電壓差額的值。正輸出電壓的LDO（低壓降）穩(wěn)壓器通常使用功率晶體管（也稱為傳遞設備）作為 PNP.這種晶體管允許飽和，所以穩(wěn)壓器可以有一個非常低的壓降電壓，通常為 200mV 左右；與之相比，使用 NPN 復合電源晶體管的傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器的壓降為 2V 左右。負輸出 LDO 使用 NPN 作為它的傳遞設備，其運行模式與正輸出 LDO 的 PNP設備類似。更新的發(fā)展使用 MOS 功率晶體管，它能夠提供的壓降電壓。使用 功率MOS,通過穩(wěn)壓器的電壓壓降是電源設備負載電流的 ON 電阻造成的。如果負載較小，這種方式產(chǎn)生的壓降只有幾十毫伏。

　　1: LDO 的重要技術指標：

　　導通壓降：定義為維持輸出電壓在標稱值的100mV 范圍內時，輸入電壓與輸出電壓的差值。這個指標直接反映出效率和電池壽命。

　　靜態(tài)電流/地電流（Iq  or Ignd ）： LDO在無負載工作時自身所需要的電流，直接反映出效率。

　　工作電流： 調壓器在滿負載工作時，自身所需要的電流，直接反映出效率

　　PSRR – Power Supply Rejection Ratio電源干擾抑制率比：反映了電源的變化對該器件的性能指標的影響。也反映了電源輸出產(chǎn)生的紋波反射到該器件的輸入端的大小。有衰減輸出紋波反饋到輸入的作用。

　　小寫δ指電壓的AC值：  從100Hz,1KHz, 10kHz,100kHz.

　　2: LDO的選用和使用：

　　I: 選用LDO的不同封裝

　　根據(jù)環(huán)境溫度和功耗選擇LDO的封裝含義如下：

　　LDO 的功耗：

　　Pmax=（Vin-Vout）x Iout+IqxVin（可以忽略）

　　不同封裝能耗散的功率：

　　二者必須滿足以下關系式：

　　Pmax<Pd

　　例如：Vin=4.2V,Vout=3.0V@200mA    TPS79930DDC 封裝為： TSOT-23 Iq=40uA

　　工作于：Tj=1250C, Ta=700C, Rtherta=2000C/W

　　Pmax=（4.2-3.0）x200mA+40uAx4.2V=240mW.

　　PD = （TJ - TA）/ JA.=（125-70）/200=275mW.

　　Pmax<Pd, 故可以選用此封裝LDO

　　下表所附是TI TPS79930 系列LDO的不同封裝的熱阻及該封裝在不同環(huán)境下的功耗：

　　II: 選用LDO的輸出電容：

　　此表反映了某系列LDO容許的輸出電容ESR的大小在4Ω  到10mΩ：

　　過大過小ESR 輸出電容可能導致LDO系統(tǒng)內相位余量不夠而不穩(wěn)定， 如下圖所示：

　　低的 ESR （50mOhm） 將零點移到高頻。

　　這樣一來零點發(fā)生在0dB穿越頻率之后，意味著PL,P1兩個極點產(chǎn)生-180度總相移。

　　系統(tǒng)不穩(wěn)定。

　　當然TI也有一系列LDO輸出無須輸出電容：TPS732XX,由于內部誤差運算放大器的相位余量足夠大，所以無須外加電容，除非輸出電容的ESR和所有寄生電阻的乘積小于50nWF;另由于此類LDO內部集成了一電荷泵提供內部調整管的工作電源，其輸入電壓可以達1.7V.所以從1.8V直接降壓到1.5V,1.2V  ,在輸出電流達250MA壓差為40mV

　　二： DC/DC 電源中電阻和電容的選擇和設計：

　　DC/DC是指將一個固定的直流電壓變換為可變的直流電壓，這種技術被廣泛應用于無軌電車、地鐵列車、電動車的無級變速和控制，同時使上述控制獲得加速平穩(wěn)、快速響應的性能，并同時收到節(jié)約電能的效果。用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能（20~30）%.直流斬波器不僅能起調壓的作用（開關電源）， 同時還能起到有效地抑制電網(wǎng)側諧波電流噪聲的作用。

　　1: 功率回路中的電容的特性和設計：

　　電解電容器一般都有很大的電容量和很大的等效串聯(lián)電感。由于它的諧振頻率很低，所以只能使用在低頻濾波上。鉭電容器一般都有較大電容量和較小等效串聯(lián)電感，因而它的諧振頻率會高于電解電容器，并能使用在中高頻濾波上。瓷片電容器電容量和等效串聯(lián)電感一般都很小，因而它的諧振頻率遠高于電解電容器和鉭電容器，所以能使用在高頻濾波和旁路電路上。由于小電容量瓷片電容器的諧振頻率會比大電容量瓷片電容器的諧振頻率要高，因此，在選擇旁路電容時不能光選用電容值過高的瓷片電容器。為了改善電容的高頻特性，多個不同特性的電容器可以并聯(lián)起來使用。圖3是多個不同特性的電容器并聯(lián)后阻抗改善的效果。

　　ΔV= ΔI X ESRCout

　　當然并聯(lián)越多， ESR越低，輸出紋波越小。

　　2:功率回路中的電感特性和設計：

　　I:Buck電路中輸出電感的選擇：

　　電感量的計算方法，  DC/DC 輸出電感電流波形根據(jù)工作的模式不同如下圖所示：

　　參數(shù)r的說明：

　　一般r值我們選0.25-0.5（輸出電流時）

　　從公式可以看到， r隨輸出電流變化而變化，當r=2時，電感工作模式從連續(xù)過度到非連續(xù)。

　　基本方法的計算公式是從V=L*di/dt演化出來：

　　正激類輸出濾波電感和 變換器輸出電感相同一般工作在電流連續(xù)模式。電感量為：

　　Ui----電感輸入端電壓

　　D---Ton/T占空比

　　Uo---輸出電壓

　　F=1/T---開關頻率

　　k=ΔI/2Io

　　允許的紋波電流越小，即 越小，電感越大，紋波電流， 反之，電感較小，要求的電容較大， 一般k=0.05~0.1

　　II: 電感飽和電流必須滿足以下公式：

　　一般選擇電感的飽和電流大于或等于控制器的開關電流。

　　Boost和Buck-boost電感的設計：

　　當設計為連續(xù)工作模式時，所需的電感量必須滿足以下公式：

　　式中Ii=Io/η（1-D）---輸入電流平均值。

　　η---變換器效率。

　　當設計為斷續(xù)工作模式時，所需的電感量必須滿足以下公式：

　　式中： Ui---電感輸入端電壓

　　3:系統(tǒng)的穩(wěn)定性補償：

　　這是一電壓式（VM） DC/DC控制器的頻響曲線： （沒有回路補償）

　　從以上曲線可以看出：

　　主極點由輸出電感電容諧振決定的雙重極點。增益以-40Db/斜率下降

　　輸出的等效內阻ESR和容值構成零點，此時增益以-20Db/斜率下降直到過零點。，這樣一來使得相位余量的范圍在450到900

　　但當輸出電容的ESR太低，相移可能達到1800, 而且f0 太接近開關頻率（f0>fsw/3），也會使系統(tǒng)不穩(wěn)定。

　　綜上所看：

　　高ESR 的輸出電容 Cout , 可以得到更大的相位余量，但同時輸出紋波較大，因為   ΔV= ΔI X ESRCout.    . 低感量的輸出電感可以得到更大的相位余量，在在負載瞬態(tài)響應中過沖很小，但開關電流的峰值高會很高，即輸出輸出紋波較大。

　　因此我們可以說， 電源設計是一系列的折衷考慮。

　　為了使我們的電源系統(tǒng)更加穩(wěn)定， 如果有調整電壓輸出反饋端，不過去我們可以通過以下方法調整， 使的我們可以在采用在采低的ESR電容， 輸出紋波更低的條件下系統(tǒng)更穩(wěn)定。

　　I: 一般的電壓分壓反饋網(wǎng)絡：

　　傳輸函數(shù) G（S）：

　　II: 加入一前饋電容：

　　其傳遞函數(shù)和增加的零， 極點如下：

　　III:這種補償方式增加一零點和一高頻極點但減少了高頻增益。被用于增加系統(tǒng)的相位余量。

　　IV:這種補償方式用于減少DC/DC變換器的高頻增益， 提高相位裕量。并且減少反饋端的噪聲。 但電容容值不能太大，  否則可能使系統(tǒng)的動態(tài)響應減慢。

　　四：PCB板設計布局

　　1: PCB板設計布局的一般原則

　　I: 器件的放置的優(yōu)先級：

　　先功率器件（MOSFET, 整流二極管，輸出電感， 輸出電容）， 后 控制IC,IC周邊

　　II:  功率回路盡量短， 如上圖所示加粗線路： 電流從輸入到輸出的路徑。

　　III: 地線： 一般電源里有功率地和控制地， 要求分別采用星形接地法連接到控制IC的功率地和控制地， 后在IC 下通過一個過孔聯(lián)結在一起。

　　IV: 注意幾個敏感點：

　　FB pin 或 I sense 電流取樣端： 盡量遠離功率回路， 即上圖中加粗的部分， 特別提醒，反饋線不能從電感下通過。 這部分線可以走的稍遠些。 反饋取樣電阻及電容盡量靠近IC.

　　Switch Node: 在開關電源里，   在這一點的電壓波形以開關頻率（如1.2MHZ）從輸入電壓到地高速切換，所以有很高的 dV/dt ,電磁輻射非常嚴重。 因此我們在畫PCB時，避免把此點設計為一天線，要求輸出電感盡量靠近MOSFET 或SW腳， 使這點盡量短， 使用多層PCB, 避免通過寄生電容偶合到地和信號通到。

　　2: 注意過電流量：

　　電流1A, 1 盎司的銅， 線徑 = 12 mils Min.

　　電流5A, 1/2 盎司的銅， 線徑 = 240 mils Min.

　　電流20A, 1/2 盎司的銅， 線徑 = 1275 mils Min.

　　3oz = 0.105mm

　　2oz = 0.070mm

　　1oz = 0.035mm

　　3: 實例：