供电微控制器的最佳方法，SMPS与线性稳压器

我正在使用12V适配器和2S 7.4V锂离子电池为电子设备供电，我也想为其供电。要在适配器和电池之间切换，我使用的是TI 的BQ24133。

我将在定制PCB上使用STM32L4 MCU和其他使用3.3V的组件。在完全操作模式下，3V3上的所有器件最多消耗150 mA的电流。

我正在寻找最佳/最便宜的解决方案。

1.使用降压转换器与线性线性稳压器为MCU供电有什么区别？

2.线性稳压器（小包装）会不会是一个坏主意，因为电压差会很大（12-3.3 = 8.7，8.7 * 0.15 = 1.3W），会使其发热很多？

3.开关频率或输出电压纹波（噪声）是否会对MCU的正常运行产生很大影响？

4.结论，用6V至12V的输入电压为其供电的最佳方法是什么？

感谢您的耐心配合和答复。

感谢您的所有答复。你们都非常有帮助。到目前为止，我在项目中使用线性模型，但我认为现在可能会有所作为。如果您想跟我问这个问题的原因，然后看看我在做什么，请点击此链接

1）降压转换器为：

• 比线性稳压器贵
• 通常需要更多的PCB空间
• 通常更难设计（有时会更多，有时会更多）
• 噪声更大（不过，噪声量取决于很多因素）

但这确实提高了电源效率，尤其是在输入电压与输出电压之间存在较大差异的情况下，这就是您的情况。降压器将输出与输入时几乎相同的功率（效率通常为80-90％），而线性稳压器将吸收所需输入的电流，这就是输入所需的电流（这意味着效率为Vout / Vin ，大约是您的情况下的27-44％，这非常糟糕）。

2）是的，这实际上是线性稳压器可能是一个错误选择的唯一原因：效率（并且您对耗散热量的计算很好）。现在，耗散如此多的功率会导致两个大问题：

• 您可能需要一个散热器（请检查线性稳压器的数据表：大于1W的功率，甚至在TO-220封装中也需要仔细检查。当使用较小的封装时，通常根本无法使用）。因此，这消除了降压稳压器带来的“ PCB上更多的空间”。

• 如果使用电池供电，则意味着运行时间大大减少。有时，您负担不起（进行计算）。

3）如果您使用标准的集成解决方案降级，则很有可能不会。这些都是由提供电源IC芯片，降压控制器/稳压器，你会选择的数据表/应用说明应该给你的噪音，你会得到量的一些信息。但是对于数字操作而言，电源噪声通常并不是一个大问题。

4）鉴于输入/输出电压，需要的电流以及部分使用电池的事实的巨大差异，因此选择降压似乎是一种合理的选择。但是您需要自己仔细检查所有内容。在您的情况下，机箱中有一个耗散1.3W的巨大TO-220也许是可以接受的，而所需的运行时间并不高。

如果您愿意花钱，这是我的建议：

• 一种解决方案是采用完整的模块。然后，您无需进行任何设计。检查mouser / digikey，它们具有DC-DC转换器，您可以像线性稳压器一样将其焊接到PCB上。如果您是速卖通/ ebay之类的人，那么您可能还会在这里找到很多便宜的东西。
• 您可以设计自己的（吓人，我知道...哇，电感！）。在这种情况下，我的建议是看看各个制造商提供的工具（例如TI Webench，但是Linear Technology也有一个工具，...）。您只需要满足他们的要求（输入/输出电压，电流等），它就会根据目录中的不同芯片推出很多可能的设计（您会发现其中一些实际上非常简单）。所有无源元件的值都已经为您计算出来，甚至可以为您提供电感的零件号等。因此，您只需查看文档中推荐的PCB布局即可设计电路板，购买零件，焊接，它应该工作。

1）SMPS在转换能量方面更有效，但由于切换而带来的噪音更大。线性稳压器浪费的功率与输入和输出电压之差成正比，但工作时噪声低。

2）取决于您是否可以散发1.3W功率-只有设计者（您）可以知道。小型IC的1.3W功率很大，因此您可能需要一个散热器。

3）不同的开关频率会在不同的频带上产生噪声。只有设计者（您）才能知道这是否是一个问题。您应遵循针对特定MCU的参考设计，以确保输入电压纹波低至可接受的水平。

4）取决于如何权衡特定应用的权衡。一个客观上不能比另一个更好。在工程上几乎总是要权衡取舍。

1. 使用降压转换器和线性线性稳压器有什么区别

非常简单的解释：

开关电源

SMPS（开关模式电源，例如Buck）基本上将输出电压与给定参考进行比较。如果输出电压高于参考电压，则稳压器基本上会切断输入和输出之间的连接。如果输出电压低于参考电压，则连接输入和输出。输出电容和电感用于在输出侧存储能量并平滑输出​​电压。

好处：效率高，从而降低了功耗（->热量），因为开关处于闭合状态（无电流->无功耗）或开路（最低电阻状态->功耗最小）。

缺点：额外的零件（通常是电压调节器，电感，电容，或者可能是用于抑制噪声的铁氧体磁珠）和价格上涨（设备本身和额外的零件）。

线性的

与SMPS不同，线性稳压器不使用晶体管作为开关（开/关），而是在线性模式下使用（开和关之间的任何状态也是允许的）。正如您可以想像的那样，这会导致功耗增加，因为晶体管是为Vin-Vout的压降而调整的稳定电阻。

好处：便宜；简单; 由于没有开关，因此噪声更少/没有噪声，可能只需要电容 方面的缺点：效率，特别是在高负载下；

2. 线性稳压器（小包装）会不会是一个坏主意，因为电压差异会很大（12-3.3 = 8.7，8.7 * 0.15 = 1.3W），它会发热很多？

我会回答是。如果您在此处查看并考虑本数据手册中第6.4章所述的值，您将发现热阻很容易超过100°C / W（意味着：对于1W功耗，温度升高100°C）。我认为，即使在一个（很小的，因为小封装的）散热器和PCB上大量的铜面积决定用于冷却的情况下，在小情况下使用该封装也无法工作（因此您根本无法从小封装中受益） ）。

根据经验，如果我需要非常低的电流（最大值时仅为几个mA），非常小的压降（1..2V）和/或ADC或其他模拟电路的超净电源电压，则通常使用线性稳压器部分。意味着在大多数情况下，我更喜欢使用SMPS。这些通常需要更多的零件（更多的电容，电阻，电感），因此这是一种更昂贵且“复杂”的解决方案。

3. 开关频率或输出电压纹波（噪声）会严重影响MCU的正常运行吗？

如果您根据器件数据手册设计SMPS，通常会针对预期的纹波噪声进行计算。这些通常在输出电压的1％以内，这对于数字系统来说是没有问题的。我已经创建了一个Excel工作表或帮助尺寸上限等，但是我不知道如何在此处添加附件...

另外，您可能希望在MCU的每个电源输入端增加一个10..100nF的电容，并保持电容到电容之间的走线较短，以最大程度地减小电源引脚上看到的纹波。

4. 结论，用6V至12V的输入电压为其供电的最佳方法是什么？

当您需要一个大的电压阶跃时，需要超过几个mA的电流，并且没有提到关于噪声的任何特殊要求（对于模拟设备），我会选择SMPS。

没有最好的办法！一切都是讨价还价。

通常，开关模式电源的效率要高于线性电源的效率。但是，它们比其对应部分嘈杂得多。这对于精密电路可能至关重要。

最好使用线性稳压器作为开关模式电源的后稳压，因为它满足两个因素：效率，低噪声。但是，再次，一切都是便宜货！这样会带来更多的BOM成本和更多的电路板空间！

1. 有什么不同 ...

它们与工作原理不同。请使用Google！

2. 将线性稳压器...

也许，这取决于您的设计。

3. ...

如果电源引脚已去耦，通常不会。这可能是模拟资料（ADC，DAC等）的问题

4. ...

我无法回答。

由于开关和电感器之类的外部组件，降压转换器的噪声更大，价格也更高（您通常无法将其集成到IC中，但可以集成其他外部组件以实现较小的电流）。对于数字电路来说，噪声通常不是问题（数字电路会在电源轨中产生它们自己的噪声），但对于模拟电路来说可能太大了。根据所需的功率量，SMPS也可能会更小，因为高效率将意味着更少的功耗（电感器可能比散热器小）。

线性转换器通常更便宜，并且对于较低的功率，如果使用很少的外部组件，它也可能更小，但对于较大的功率可能需要散热器。

还可以选择使用电阻器和齐纳二极管，但通常甚至都不会考虑，因为即使MCU不会（例如在睡眠/待机期间），齐纳二极管也会消耗功率，但是如果使用稳压器和齐纳二极管，则可能是一个可行的选择您当前的抽奖是相对恒定的。

选择电源是一个折衷方案：您必须平衡预算，尺寸和噪声。由于您可能会从12 V降到3.3 V，因此您的散热要求通常会占主导地位，这通常表示降压转换器。但是，如果您的应用大量使用ADC，除非您可以使用外部基准电压源，否则即使对于更大的尺寸，使用线性转换器也是有利的。然后，如果您的预算允许，您也可以同时使用两者：您可以使用降压转换器将电压从12 / 7.4V降至5或4 V，然后使用线性电压降至3.3V。这样可以减小压降。线性稳压器，可能避免散热问题。

SMPS将为您提供更昂贵的MCU内部电源解决方案。
相反，线性稳压器可在噪声较小的DAC中进行重新执行，而在更稳定的计算中进行开关操作。
开关电源将补偿快速的MCU开关计算。相反，您尝试使用线性稳压器来提供相等的DAC质量，但要以更高的机会挂断MCU。

关于结论：线性稳压器通常与MCU一起插入，以提供对挂起看门狗的复位。
交换方式更昂贵，但是需求与每个应用程序相关。
您可能已经喜欢购买易于适应任何需求的SMPS模块。