電源是一切電子產品的能量源泉，沒有了電源的供應，再好的用戶體驗也出不來。研發工程師在芯片選型階段，必須要正確估算整個產品的功耗，以確定選用何種電源芯片。在嵌入式領域，常用的電壓有DC12V，DC5V，DC3.3V，一塊嵌入式控制板的整體功耗可能不會太多，所需要電源芯片提供的電流在1A以內。所以市面上的主流電源芯片大部分的輸出電流不會很大，如經典的7805系列電源芯片在加裝散熱片的情況下最大可以輸出1.5A的電流，LM2596最大可以輸出3A的電流。對於再高一點的電流，在選型時，可能就稍微困難一點了。

今天給大家推薦一個電源設計方案，核心芯片為XL4016，電源的輸入範圍為DC(8-40)V，輸出範圍從1.25V到36V可調，在加裝散熱片的情況下最大的輸出電流可達8A，MOS管的切換頻率為固定的180KHz，轉換效率可達96%。完全可以滿足大多數嵌入式工控板對電源功耗的要求。

1.電路原理的設計

這個電路設計起來也不困難，所需外圍元器件比較少，輸出電壓通過設置不同的電阻來調節。本設計的輸出電壓為DC5V，設計電路圖如下圖所示。

1 - 電路原理圖

上圖就是設計好的電路原理圖，從原理圖中可以看出只需要常用的電容、電阻、二極管、電感等元器件就可以完成設計，對電路原理圖解釋如下：

2. 工作原理解釋

電源輸入的範圍為DC(8-40)V，電容CIN是470uF/50V的直插電解電容，C1是1uF/50V的瓷片電容，這兩個電容對輸入電源起到濾波作用。電容CC連接在芯片的第4腳VC和第5腳VIN之間，對內部電源的調理電路起到旁路作用，電容CC的推薦參數為1uF/50V。D1二極管反向連接在芯片第3腳SW和GND之間，起到續流作用，這個二極管根據輸出電壓和輸出電流的大小確定，二極管的過電流能力要大於輸出電流至少30%，留夠餘量，提高設計穩定性和使用壽命。電感起到儲能作用，在電源芯片內部的MOS管關斷後持續向負載供電。電阻R1和電阻R2用來調節輸出電壓。

電路設計的所用到的元器件列表如下所示

2 - 元器件清單

3.輸出電壓的計算

該電源芯片內部的參考電壓為1.25V，輸出電壓通過設置電阻R2/R1的比值來計算。計算公式如下：

Vout = 1.25×(1+R2/R1)，其中1.25V是XL4016內部的參考電壓。

在本設計中所要求的的輸出電壓為DC5V，通過計算，電阻R2的取值為10K，精度1%，電阻R1的取值為3.3K，精度為1%。設計輸出的電壓為5V。

4.核心元器件介紹-XL4016

XL4016是Buck類型的DC/DC降壓芯片，輸入範圍為DC(8-40)V，最大過壓保護值為DC45V，輸出電流最大可達8A，開關切換頻率為固定的180KHz。輸出帶短路保護功能，當發生短路時，開關頻率從180KHz降到48KHz，其封裝形式為 TO220-5L。芯片總共有5個引腳，其外形如下圖所示。

3 - 電源芯片

5.關鍵元器件-續流二極管和電感

這裡的二極管非常關鍵，推薦使用肖特基二極管，和電感配合使用。電感是儲能元器件，可以儲存電荷，前文說過XL4016的開關頻率為180KHz，也就是說芯片在工作時是通過PWM不斷的導通/關斷來實現的。分兩種情況討論：

MOS管導通時：

MOS管導通時，電流流過電感和用戶負載，同時電感儲能，此時二極管不導通處於截止狀態。

MOS管關斷時：

MOS管關斷時，電感阻礙電流的變化所以流過電流的電感不能發生突變，所以要產生反向電動勢而二極管導通，此時電感、用戶負載、二極管構成迴路，電感向用戶負載供電，電流維持原來的方向。由於電感儲存的能力有限所以此時要讓MOS管快點導通，所以在一定程度上來說，PWM頻率越快，電壓輸出越平滑，紋波越小。

由於輸出電流較大，這裡推薦使用的二極管型號為MBR1545，參數為45V/15A，二極管的實物圖如下圖所示：

4 - 功率二極管

採用裸露的繞線電感，其參數為47uH/10A的電感，如下圖所示：

5- 功率電感

為了提高電源模塊的散熱能力，給電源芯片XL4016和二極管MBR1545都加裝了散熱片，為了提高模塊的通用性，將電阻R2設計成了可調電位器。這樣可通過通過改變電位器的阻值，實現了輸出電壓的可調，以滿足對電壓的不同要求。

設計好的降壓模塊實物圖如下圖所示。

6 - 模塊實物圖

該電源設計方案解決了通用芯片輸出電流不大的問題，滿足了大功率嵌入式控制板對大電流的要求，成本低、方案易實現，體積小，具有一定的實用性。