电源系统设计：并非所有 IC 组件都支持“即插即用”

许多年前，我们就已经开始使用“即插即用”一词来描绘一些易于使用的事物了。与过去相比，如今许多复杂设备在设置、配置和启用等方面都要比以往便捷得多。

今天，客户希望产品可以“开盒即用”。这样的期望与过去相比或多或少得到了合理满足。然而，这种外在的简单性却稍含欺骗成分。作为工程师，我们必须花更多心思简化产品的外在使用，尽管其内部可能相当复杂。

按照这种趋势，IC 组件供应商已经在努力简化其部件，充分满足系统设计人员的使用需求。与不久的过去相比，大多数 IC 产品说明书都提供详细的设计方程式、外部组件选择指南，乃至建议性 PCB 布局图，可帮助将给定 IC 整合于系统级设计。几乎所有编录中的 IC 都提供有评估套件，以帮助系统设计人员在开展自己的 PCB 构建之前详细了解所需知识。

可惜的是，有时候系统设计工程师会有误解，认为他们在自己的设备设计中使用的 IC 组件也是“即插即用”的。这很容易推测，只要按照 IC 产品说明书中的应用图“连接各点”，就不需要再对设计做任何额外的分析或验证。而现代 IC 产品说明书中提供的指南和建议虽然可能会简化系统设计，但却并不能完全消除需要由产品设计工程师完成的工作。

为电池供电设备设计电源系统包括两大块。首先，我们必须选择适当类型的电池技术及电池组设计。其次，我们必须开发电子威廉希尔官方网站 ，为电池组充电并将未经调整的电池“原始”电压转换为稳压输出轨，充分满足实际系统电子产品的工作需求。之前，我们曾经谈论过在第一步选择适当类型电池技术的重要性。一旦完成这一步，“真正的工作”就开始了。

常见的疏忽是缺乏散热分析。对极低功耗电池供电设备而言，尤为如此，我们很容易认为其功率水平不足以让人担心热管理问题。但需要记住的是，这类手持系统的功率密度实际上是相当高的。

表 1：便携式消费类产品的典型近似功率密度

从表 1 中可以看出，即使是绝对低功耗的器件也需要精心设计，从而要时刻牢记热管理。记住，我们需要将这样的低功耗塞入非常微小的空间里。对于超级本、笔记本以及计算机等高功率设备而言，热耗散是显而易见的。实际上，此类设备触感暖和。对于内部耗散仅数毫瓦的更低功耗设备而言，最终用户不会感觉设备外壳逐渐变热。但是，如果这种低功耗威廉希尔官方网站 中的耗散集中在设备内部的一个小“热点”上，设备的可靠性或实用性就会令人堪忧。这在半导体组件工作接近或者高于推荐的热限时尤为明显。

过去，由于半导体器件封装尺寸大，在必要时还提供支持外部“螺栓固定”散热片的选项，所以我们可能不会过多地去考虑耗散仅为数毫瓦的威廉希尔官方网站 。但是，对于高密度便携式产品，尤其是那些没有内部制冷风扇的便携式产品而言，唯一实用的散热方式就是在 PCB 上使用一层铜。

铜面层一般位于组件 PCB 的另一面。因此散热通孔需要将安装在 IC 表面的散热焊盘连接至散热面板。图 1 说明了热通孔怎么能够用来将 IC 上的热散去。大部分热量通过热传导方式扩散，因此我们希望最大限度地减少从 IC 散热焊盘到 PCB 另一面铜层路径中的热阻抗。这可通过并行布局连接至 IC 的多个散热通孔将热导离封装来实现。

图 1：表面安装 PCB 的热传导路径

为 PCB 设计执行全面、精确的散热仿真可能是一个复杂的过程，需要高级热分析软件，往往会超出许多项目的范围和预算。但根据 IC 产品说明书中提供的方程式及布局指南，系统设计人员通常可获得使其电源设计“一次性通过”的良机。此外，系统 PCB 上提供的热通孔、铜迹线和铜面层的有效热阻抗计算也相当简单。系统设计人员可根据下列参考文献中详细描述的技术，更加信心百倍地为电源转换威廉希尔官方网站 处理威廉希尔官方网站 板布局。

参考文献

《构建自己的电源：布局注意事项》，作者：Robert Kollman，德州仪器，2005 年；

《表面安装布局的散热注意事项》，作者：Charles Mauney，德州仪器，2006 年；

《AN-2020：散热设计：宁愿深入了解，也不做“事后诸葛亮”》，作者：Marc Davis-Marsh，应用报告(SNVA419B)，德州仪器，2011 年 6 月。

UpalSengupta 是 TI 电池管理解决方案产品部的高级应用工程师，自从 2003 年加入 TI 以来，从事过应用工程师与技术市场营销方面的工作，为便携式电源与电池管理提供支持。在加入 TI 前，Upal 曾效力于多家开发移动电话、便携式计算机与消费类产品的 OEM 厂商，担任系统设计工程师。Upal 先后毕业于伊利诺伊大学 (the University of Illinois) 与密歇根州立大学 (Michigan State University)，分别获电气工程学士学位与电气工程硕士学位。