电源是一切电子产品的能量源泉，没有了电源的供应，再好的用户体验也出不来。研发工程师在芯片选型阶段，必须要正确估算整个产品的功耗，以确定选用何种电源芯片。在嵌入式领域，常用的电压有DC12V，DC5V，DC3.3V，一块嵌入式控制板的整体功耗可能不会太多，所需要电源芯片提供的电流在1A以内。所以市面上的主流电源芯片大部分的输出电流不会很大，如经典的7805系列电源芯片在加装散热片的情况下最大可以输出1.5A的电流，LM2596最大可以输出3A的电流。对于再高一点的电流，在选型时，可能就稍微困难一点了。

今天给大家推荐一个电源设计方案，核心芯片为XL4016，电源的输入范围为DC(8-40)V，输出范围从1.25V到36V可调，在加装散热片的情况下最大的输出电流可达8A，MOS管的切换频率为固定的180KHz，转换效率可达96%。完全可以满足大多数嵌入式工控板对电源功耗的要求。

1.电路原理的设计

这个电路设计起来也不困难，所需外围元器件比较少，输出电压通过设置不同的电阻来调节。本设计的输出电压为DC5V，设计电路图如下图所示。

1 - 电路原理图

上图就是设计好的电路原理图，从原理图中可以看出只需要常用的电容、电阻、二极管、电感等元器件就可以完成设计，对电路原理图解释如下：

2. 工作原理解释

电源输入的范围为DC(8-40)V，电容CIN是470uF/50V的直插电解电容，C1是1uF/50V的瓷片电容，这两个电容对输入电源起到滤波作用。电容CC连接在芯片的第4脚VC和第5脚VIN之间，对内部电源的调理电路起到旁路作用，电容CC的推荐参数为1uF/50V。D1二极管反向连接在芯片第3脚SW和GND之间，起到续流作用，这个二极管根据输出电压和输出电流的大小确定，二极管的过电流能力要大于输出电流至少30%，留够余量，提高设计稳定性和使用寿命。电感起到储能作用，在电源芯片内部的MOS管关断后持续向负载供电。电阻R1和电阻R2用来调节输出电压。

电路设计的所用到的元器件列表如下所示

2 - 元器件清单

3.输出电压的计算

该电源芯片内部的参考电压为1.25V，输出电压通过设置电阻R2/R1的比值来计算。计算公式如下：

Vout = 1.25×(1+R2/R1)，其中1.25V是XL4016内部的参考电压。

在本设计中所要求的的输出电压为DC5V，通过计算，电阻R2的取值为10K，精度1%，电阻R1的取值为3.3K，精度为1%。设计输出的电压为5V。

4.核心元器件介绍-XL4016

XL4016是Buck类型的DC/DC降压芯片，输入范围为DC(8-40)V，最大过压保护值为DC45V，输出电流最大可达8A，开关切换频率为固定的180KHz。输出带短路保护功能，当发生短路时，开关频率从180KHz降到48KHz，其封装形式为 TO220-5L。芯片总共有5个引脚，其外形如下图所示。

3 - 电源芯片

5.关键元器件-续流二极管和电感

这里的二极管非常关键，推荐使用肖特基二极管，和电感配合使用。电感是储能元器件，可以储存电荷，前文说过XL4016的开关频率为180KHz，也就是说芯片在工作时是通过PWM不断的导通/关断来实现的。分两种情况讨论：

MOS管导通时：

MOS管导通时，电流流过电感和用户负载，同时电感储能，此时二极管不导通处于截止状态。

MOS管关断时：

MOS管关断时，电感阻碍电流的变化所以流过电流的电感不能发生突变，所以要产生反向电动势而二极管导通，此时电感、用户负载、二极管构成回路，电感向用户负载供电，电流维持原来的方向。由于电感储存的能力有限所以此时要让MOS管快点导通，所以在一定程度上来说，PWM频率越快，电压输出越平滑，纹波越小。

由于输出电流较大，这里推荐使用的二极管型号为MBR1545，参数为45V/15A，二极管的实物图如下图所示：

4 - 功率二极管

采用裸露的绕线电感，其参数为47uH/10A的电感，如下图所示：

5- 功率电感

为了提高电源模块的散热能力，给电源芯片XL4016和二极管MBR1545都加装了散热片，为了提高模块的通用性，将电阻R2设计成了可调电位器。这样可通过通过改变电位器的阻值，实现了输出电压的可调，以满足对电压的不同要求。

设计好的降压模块实物图如下图所示。

6 - 模块实物图

该电源设计方案解决了通用芯片输出电流不大的问题，满足了大功率嵌入式控制板对大电流的要求，成本低、方案易实现，体积小，具有一定的实用性。