我最喜欢的组件-如何成功与开关模式电源。

图片来源:作者-用一个重量只有传统固态放大器十分之一的放大器取代一个放大器。

它开始于很久以前，或者至少在互联网时代很久以前。对于那些想要进入硬件行业的公司来说，移动化有几个影响。当然，无线电技术必须得到发展才能切断电源线。这是已知的。断开连接也意味着你要带上自己的发电厂。太阳能发电机白天储存热能，晚上用它来照明。移动设备使用脐带或电容方式在我们睡觉时积累电力。这样的循环还在继续。

袖珍或大腿大小的小发明的限制是它的电池可以存储的安培小时数。我们知道，你可以装在一起的电池越多，构成产品的各种设备可以呼吸的“氧气”就越多。我们知道这一点，因为每一代产品都有更大的电池和更小的印刷电路板。这就是进步。另一件进步的事情是我们将添加新的和改进的功能。这些新功能几乎总是涉及一些运行新软件的新电路，甚至可能是一个定制的ASIC。

也就是说，我们在移动领域的工作就是少花钱多办事。高密度互连(HDI)技术可以帮助我们缩小电路。这是持续的游戏规则改变者。更小的组件和PCB功能的实现成本可能会更高一些，但这是一个更好的选择，在两匹马的竞争中屈居第二。我们正在通过模拟、验证和重复来管理不断增加的热和射频共存问题。产品开发从来都不容易。不过我们在这方面做得越来越好了。随着创客运动的兴起3 d打印技术届时，参赛选手的人数将远远超过两人。没有什么好点子是无人模仿的。

图片来源:Makerlab电子产品-通常用于交流(墙壁插座)到直流(内部电源)转换。

移动的秘诀是什么?不浪费一毫安小时的宝贵电池电量。在营销上的突破，我们可以从2000毫安小时开始，而不是只有2毫安小时。关键是要让他们都有价值。这就是我最喜欢的电路出现的地方。开关模式电源SMPS !。这些是DC/DC转换器，为组件提供精确数量的专用电源，该组件可能对其电压引脚的纹波或其他波动敏感。上面显示的有法拉第笼的是大尺寸的。与线性稳压器相比，封装要小得多，尽管抵消了这些器件使用的电感器的尺寸。我见过的最小的是在0.4毫米中心的4针bga。

图片来源:eBay -比实际大小大得多，大约1平方毫米。

SMPS真正的双重礼物是效率。它能更好地将一个电压转换为另一个电压——将电流交换为安培——同时产生更少的热量。产生热量是线性调节器的一个特点。它们有一个安装孔，所以它们可以用螺栓固定在底盘或散热器上。那是你的能量以热量的形式流失到大气中。如果不受温度反复波动的影响，大多数部件的寿命会更长。保持温度相对恒定是防止产品寿命结束的一种方法。我们必须做得更好，我们有一个计划。

但不要这么快!这里有一个陷阱。SMPS产生的不是热量而是开关噪声。既然它的名字叫切换模式，那就不足为奇了。该设备的工作原理是快速给感应线圈充电，然后在线圈和一个小电容器在较长一段时间内释放电流时关闭。由于LC对已经运行下来，设备再次打开栅极并再次填充线圈。并一次又一次地创造一个稳定的直流信号从一个最两极的来源可以想象。是的，我知道;你和汉·索罗都能想象“很多”。只要知道他们是攻击者，并相应地保护你的受害者电路。

图片来源:工程师的车库

减弱残留的噪音需要一些努力的部分印刷电路板设计．每个看过数据表的人都知道，我们应该用紧密的电容放置和布线技术保持感应回路小。电感内的电流是方程中另一个不可分割的部分。最短和最宽的路径是在电源输出引脚和电感器之间，这样电源可以跟上信息的切换速度，无论以何种形式。这背后的机制也是D类放大器的基础，这使得美妙的电贝斯吉他钻机。

让我们来看看为什么这是我最喜欢的部分。

图片来源:作者——开关模式放大。

右边的放大器占据了三个“机架单元”，重近40磅。这是更麻烦的，因为重量是偏离中心与散热器的一边的单位。今天买这些古董设备真的很便宜。我可以说，这种设备已经到处拖了20多年了，但从来没有被拖到修理厂。在当时，它被吹捧为比真空管更轻、更耐用的技术。真空管技术仍然受到许多人的重视，尽管它们的性质微妙，它们的操作噪音(嗡嗡声)和固有的低效率。

与真空管不同，左边的迷你堆栈的投资也很低——但后来我通过升级到配备钕磁铁的驱动器而使保证书失效。它们的重量只是黑色金属的一小部分。有时候，你必须打开一些东西才能看到印刷电路板的样子。它们看起来很好。使用两个独立的扩音器可以增加在演出中不出现灾难性的低音损失的机会。整个堆栈的重量小于机架放大器。

更新，更好的D类切换类型低音头进入口袋的吉他背包与空间的电源线。寄生损失非常低，效率评级在90%以上是很常见的。标题图像就是这样一个产品。

电源管理集成电路(PMIC)

除了作为单门设备出售外，还提供了充满噪声的小电源。通常，您希望将SMPS放在负载附近。顺便说一下，正在被驱动的设备可能有高于或低于Vin的电压要求。“buck-boost”或buck-converter可以提供高于或低于主电压的输出，以便每个芯片都能得到它所需要的。所谓的片上系统(SOC)将有许多不同的电压要求。整个球图上的每一个接口，每一个社区都有自己的电源。

单片电源管理集成电路(PMIC)取代了20个小电源，将它们聚集成一个球形网格阵列包。这种创新让布局人员陷入了困境。还记得关于将电感和帽靠近输出引脚的部分吗?球瓶靠得太近了，根本打不动。这种布局是一种妥协，所有的组成部分都能感受到痛苦。

图片来源:eBay - PMIC，相当于12个SMPS设备

我的第一个冲动是至少让所有的输入和输出盖靠近引脚。BGA设备的背面是我们通常放置去耦电容器以获得最佳效果的地方。这个概念仍然适用于电压输入引脚。我所看到的pmic通常在设备边缘有Vout引脚。将所有电感器置于设备周围的框架中。路由将以形状的形式从PMIC辐射到电感引脚。输出旁路盖基本上是夹在中间的。SOC和PMIC之间会有时钟，它们会被板上的其他东西讨厌，因为它们是坏的和吵闹的邻居。

低漏压调节器

低降稳压器是线性稳压器，尺寸小，也与电感/电容组合加上一个小的传感电路配对。虽然它们可以提供正电压或负电压，但低损耗的定义是输入电压必须非常接近这些设备的预期输出电压。如果您的电源电压是12V，而负载设备正在寻找3.3V，这将不是一个解决方案。相比之下，SMPS主要在关闭模式下工作，因此随着时间的推移平均为3.3V。

最后

无论您是被移动性所驱动，还是仅仅是为了提高插电式产品的效率，在确保可靠性的同时，开关模式电源都是一个因素。来自供应商的一些设计指导方针将引导您成功实现。也许是时候改变一下了。