開篇，我想講一講，我與電源芯片的情緣。

之所以做這樣的開場(chǎng)白，是因?yàn)槲覠o法確保自己能夠很專業(yè)的闡述電源的發(fā)展及理論知識(shí)，另外，觀眾也是各行各業(yè)的都有，有做 IC 研發(fā)的，也有修家用電器的，所以我想用我認(rèn)識(shí)電源的軌跡，來道一道我與電源的千絲萬縷。

既然是說芯片，那么我只能從 7805 開始說起。

彼時(shí)，LM7805 作為單片機(jī)最重要的搭檔之一（還有晶振），我以為這世界上的電源也就是 LM7805 了。

那個(gè)時(shí)候，我對(duì)元器件的品牌和型號(hào)沒有任何概念，我只知道，要想跑單片機(jī)的程序，我需要一個(gè) 12V 輸出的方殼子電源，圓頭的，板子上焊接一個(gè) LM7805，單片機(jī)揣著晶振，把手往電源上一搭，砰砰砰，單片機(jī)就復(fù)活了。

基于這樣的開始，我以為電路設(shè)計(jì)也不過如此，一共三個(gè)引腳，一只腳站穩(wěn)了，兩只像手臂一樣伸展開來，一進(jìn)一出就形成了一個(gè)典型的三端式穩(wěn)壓電源芯片，至于輸入的電容，輸出的電容，能夠耐壓多少，輸出電流多少…… ，在于當(dāng)時(shí)，我只能說：不要在意這些細(xì)節(jié)。

我第一份工作是在天津，我從張家口坐火車在北京倒車到的天津，下午快下班的時(shí)候參加的面試，我室友還陪我一起面，他旁觀??。

面試官就是后來給我講 C 語言程序故意講錯(cuò)的那位馬工，他當(dāng)場(chǎng)讓我設(shè)計(jì)一個(gè)電路，要從 220V 穩(wěn)壓到 5V 給單片機(jī)供電，我當(dāng)時(shí)真想給他畫一個(gè)黑殼子+圓頭，再加上我心愛的 7805 。

顯然這么做肯定找不到工作，我費(fèi)力的從科普知識(shí)里面搜尋到了一些交流相關(guān)的電路，給畫了到了黑板上。

很明顯，我是懂的交流和直流的，我在畫那四個(gè)二極管的時(shí)候狠狠的琢磨了一番，應(yīng)該是沒有畫錯(cuò)，因?yàn)轳R工接下來就問，你前面能不能設(shè)計(jì)成反激式的。

幸虧老廠長(zhǎng)把話接了過來，“他四個(gè)二極管還白楞那么半天呢，你別為難他了”。

面試的時(shí)候，你一定會(huì)遇到各式各樣的人，有的人往死里問，有的人則點(diǎn)到為止。

往死里問的這種人一般有兩種情況，一種是想探尋你的知識(shí)邊界，判斷你的能力范圍以便于和自己的團(tuán)隊(duì)匹配。另一種則是為了把你丟地上來回的摩擦，享受快感。區(qū)分這兩種人很簡(jiǎn)單，前者問道你慚愧難當(dāng)之后會(huì)給你講解和鼓勵(lì)，而后者，只會(huì)把簡(jiǎn)歷往旁邊一扔，頭往后一樣，嘴角一撇的晃一下頭。

點(diǎn)到為止的面試官是值得尊敬的長(zhǎng)者，他們往往通過你回答已知問題的過程就可以判斷你的深淺，就像老中醫(yī)把脈相，稍微用力一下，寒熱自能分曉。他們往往談吐儒雅，親和有力，他們?cè)敢鈹[事實(shí)，提建議，即便他看不上你，也會(huì)給你點(diǎn)播一下努力的方向。

老廠長(zhǎng)就是這樣的一位長(zhǎng)者，在我離開時(shí)送了我一句話：人挪活，樹挪死。

來到北京工作之后，見識(shí)是突飛猛進(jìn)的，各種芯片涌到眼前，應(yīng)接不暇，才知道，原來 7805 有很多品牌，什么 L7805，S7805 原來是不一樣的。

并且，我設(shè)計(jì)的電路中出現(xiàn)了 3.3V，于是乎，又一個(gè)響當(dāng)當(dāng)?shù)拿掷舆M(jìn)我的腦海，LM1117。

沒錯(cuò)，最開始我以為這 1117 就是為 3.3V 設(shè)計(jì)的，始終沒有注意到，原來它有個(gè)3.3 的后綴，也就是說 LM1117 是TI 的一個(gè)系列，有 2.5V 的，有 3.0V，有 3.3V 的，還有 5.0V 的，不要罵我菜，聞道有先后，術(shù)業(yè)有專攻。

有一個(gè)項(xiàng)目是控制飛機(jī)模型上面的舵機(jī)，這玩意是5V 供電的，我們的電池是兩串和三串的軟包電池居多，我印象中是標(biāo)著 11V 的一個(gè)電池作為輸入，于是我用我最心愛的 7805 設(shè)計(jì)了 5V 的穩(wěn)壓電路給舵機(jī)供電。

當(dāng)我把電路板蝕刻好，貼上 7805 和一眾阻容，接插件之后，我滿心期待我的飛機(jī)在天空中翱翔，我把自己設(shè)計(jì)的板子安裝到了機(jī)身的電子系統(tǒng)中，上電，啟動(dòng)螺旋槳電機(jī)，慢慢加油，飛機(jī)開始在跑道上滑行，速度越來越快。

我遠(yuǎn)遠(yuǎn)的看著飛機(jī)已經(jīng)躍躍欲試了，趕緊推桿爬升，意外就發(fā)生了。

飛機(jī)幾乎是在離地的那一刻直接翻滾，一頭扎進(jìn)來了跑道，像是翻跟頭一樣，之后就支離破碎了。

注意，這就是玩航模毀三代的說法，水票打的太快。

拿回那些散落的尸體，我就開始在腦海里分析原因。

7805 也好，還是 1117 也好，他們都是屬于線性電源，并且由于封裝小，散熱能力差，因此常用的這種三端穩(wěn)壓器支持的輸出電流并不大，即便是 TO-89，或者 TO-252封裝的三端穩(wěn)壓器也無法提供持續(xù) 1A 的電流。

它們有的確實(shí)標(biāo)稱到 800mA，甚至 1A，但是他們標(biāo)注是有條件的，而我的電路板上是沒那個(gè)條件的，所以，當(dāng)負(fù)載電流過大之后，穩(wěn)壓器就失去了穩(wěn)態(tài)，輸出電壓驟降，舵機(jī)自然也就是動(dòng)彈不得。

我開始尋找其他的方案，很快，我就找到了一種新的電源芯片，這種芯片不像 7805 和 1117 那樣簡(jiǎn)單，他需要在外面增加電感和二極管來實(shí)現(xiàn)恒壓輸出。像下面這樣。

這是一個(gè)型號(hào)為 LM2576 的開關(guān)穩(wěn)壓電源，它通過 output 引腳給電感 L1 先充電，等充的差不多了就拉低，讓 L1 內(nèi)部充好的電順著負(fù)載和二極管 D1 流動(dòng)起來，這樣，只要將輸出電壓接到 Feedback 引腳，芯片內(nèi)部就可以根據(jù)輸出電壓來調(diào)節(jié)充放電時(shí)間，進(jìn)而控制輸出電壓。

這就是開關(guān)電源，為啥我要選開關(guān)電源，而不去選原來的線性穩(wěn)壓器呢？

效率，不管是人的世界，還是電路的世界里，我們都需要考慮效率問題。

線性穩(wěn)壓器的原理是通過輸出電壓的反饋信號(hào)來控制三極管或者 MOS 管的導(dǎo)通程度來保證后級(jí)輸出的電壓穩(wěn)定性。

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論電壓輸出多少，如何調(diào)節(jié)，輸入輸出的電流是不變的，而調(diào)節(jié)的實(shí)際上是管子的內(nèi)阻，所以線性的電源的效率就是電壓的比值，如果輸入輸出壓差大的話，這個(gè)大電壓差就會(huì)全部落在芯片內(nèi)部的管子上，變成熱量散發(fā)出去，如果我們不用他來烤肉串的話，就白白浪費(fèi)掉了。

反觀我新選的 LM2576，它內(nèi)部也有一個(gè)MOS 管，但是這個(gè) MOS 被調(diào)節(jié)的不再是內(nèi)阻，而是直上直下的被完全打開和完全關(guān)閉，為了給后面的電感進(jìn)行充電。

這樣一來，MOS 管的發(fā)熱基本上就集中在了 MOS 完全打開時(shí)期的內(nèi)阻 Rdson （打開時(shí)內(nèi)阻極低）上面，以及一部分開關(guān)瞬間的損耗（此時(shí) MOS 內(nèi)阻是有大到小的過程，因此產(chǎn)生的熱量累積不可忽視）。

所以，開關(guān)電源的效率直線上升，而且和輸入輸出的電壓比值沒有太大關(guān)系。效率高了，那么同樣的體積下面就可以做出更高的功率，所以我的選擇是正確的。

飛機(jī)終于可以在天空翱翔了。

到這時(shí)，其實(shí)我對(duì)電源芯片的概念依然模糊，無非就是加了個(gè)電感嘛，一個(gè)線性的，一個(gè)開關(guān)的，幾次而已。

其實(shí)，電源不僅是我們板子可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是整個(gè)電子行業(yè)里面發(fā)展時(shí)間最長(zhǎng)，技術(shù)成熟度最高的，多少年來，我們的前輩都在夜以繼日的想方設(shè)法提高他的效率。

前面我們說到 DCDC 降壓的穩(wěn)壓器，這種穩(wěn)壓器電路在行業(yè)內(nèi)被稱為 buck 電路，buck 應(yīng)該是 buck down 的意思吧，就是把電壓降下來。

那么提到效率，如何讓現(xiàn)在 Buck 電路的效率再進(jìn)一步提高呢？

回顧整個(gè)電流的回路，電感充電的過程中，電流流過開關(guān)關(guān) Q1，在其內(nèi)阻上摩擦發(fā)熱，在電感放電過程中，電流則在二極管 D1 上進(jìn)行摩擦發(fā)熱。

我們都知道，MOS 打開后的 Rdson 非常小，幾十毫歐姆，但是二極管的管壓降可是要 0.7V 的，當(dāng)然這里我們肯定選擇管壓降非常低的肖特基，那也得0.3V 了，試想一下，一個(gè) 3A 的電流經(jīng)過了它就快要 1W 了。

這么說你可能沒概念，我講個(gè)段子。

再一次維修鋰電池供電的電路時(shí)，我不小心把電池的正負(fù)極接反了，而正負(fù)極之間一般回訪一個(gè) TVS 二極管，非常小，就像小米粒那么小。接反了之后，就相當(dāng)于電池電壓直接正向加在了二極管上，二極管將承受足夠大的電流。

瞬間，那個(gè)黑色的小不點(diǎn)想火球一樣變紅，然后一個(gè)健步就竄上來半米高，從我眼前略過又徑直得的掉落在 我手里的萬用表屏幕上，直接在屏幕上燙了一個(gè)洞。

所以，我沒有沒有辦法讓這個(gè)地方的損耗減小一些呢？

有，我們把這個(gè)肖特基二極管換成一個(gè) MOS 管，讓我們的芯片邏輯部分控制它，配合著上管的關(guān)閉，立刻將下面這個(gè)MOS 打開，這樣一來，電感放電的電流只是在 MOS 管的內(nèi)阻上摩擦生熱，只是幾十毫歐姆而已。

后來，這種設(shè)計(jì)就被稱為同步降壓整流電路了。所以后來我看到一些 DCDC 芯片的設(shè)計(jì)電路圖中居然沒有肖特基二極管，原來廠家把 MOS 管都集成到芯片內(nèi)部了，反正它發(fā)熱很小。

不過，這樣的芯片方案還是有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是外圍元器件變多了，整體的體積就會(huì)很大，別說用在手機(jī)里面，在無人機(jī)里面也是很難受的，大的占地方，重的影響續(xù)航呀。

有沒有辦法讓電源整體縮小呢？

有，其實(shí)可以發(fā)現(xiàn)，這種電源模塊里面最大的不是這個(gè)芯片，而是那個(gè)儲(chǔ)能的電感，電感的體積為什么不能用小一點(diǎn)呢？

原因是早期的電源芯片設(shè)計(jì)的時(shí)候，可能由于 MOS 工藝問題，無法做到很高的開關(guān)頻率，所以我們充放電的時(shí)間就很長(zhǎng)，就需要電感的感值大一些才行。

我舉個(gè)例子，假設(shè)我們控制一個(gè)閥門給一個(gè)水桶灌水，同時(shí)另一個(gè)手通過另一個(gè)閥門給水桶方式，我們最終的目的是保證水桶的水平面在一個(gè)穩(wěn)定的刻度。

如果我們卡關(guān)一次閥門的速度很慢，想要調(diào)節(jié)這個(gè)水平面趨于穩(wěn)定就會(huì)很費(fèi)力，水平面總是忽高忽低，如果我們把水桶換成一個(gè)大的，控制器來就容易多了。

所以，這里的水桶大小就是類似于我們電源中的那個(gè)電感的感值，感值越大，體積越大，感值越小體積越小，如果我們把水龍頭的開關(guān)加快，變得足夠敏捷，那么我們用一個(gè)很小的水桶就可以穩(wěn)定住一個(gè)水平面。

說回我們的電源，隨著我們 MOS 工藝的不斷提高，我們的 DCDC 開關(guān)頻率已經(jīng)能夠做到 2.5MHz 了，相比早些年那些 150KHz 的開關(guān)電源簡(jiǎn)直是天壤之別。

在高頻開關(guān) MOS 的加持下，我們的電感越來越小，整體的物料成本也逐代降低，降本增效這事只有先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)才能做成，靠裁員和少發(fā)點(diǎn)工資只能死路一條。

最后了，給升華了一下，惡心的請(qǐng)繞過哈。

下一次在講，講各種各樣的升壓電源。

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