基于CPCI的嵌入式系统的电源设计

式中，DC指占空比，其最小值DCMIN=tON(MIN)×f=0．24。VD是捕捉二极管的正向压降，其值约为0．4 V。
假如最大输出电流需3 A，由式(2)可计算电感L至少为1．2μH。
为提高效率，减小输出纹波，要求电感：额定电流的有效值应大于最大负载电流；同时其饱和电流值应大于30％；直流电阻值应小于0．05 Ω，其电感值应大于理论值。据此，系统选择PB03316-1R5MT，该电感的电感值为1．5μH，直流电阻为0．010Ω，额定电流有效值为8．0 A，饱和电流为6．4 A。选定电感值后，就可将其代入式(2)计算纹波电流△IL为0．8 A。
3．1．4 输入电容和输出电容
由于开关电源的输入是以脉冲形式为输出提供电流，并且其上升和下降时间非常快。
因此。需用输入电容滤出电压纹波，以减小EMI。并可使用4．7μF或更大的X7R或X5R型电容旁路输入信号，也可使用钽电容和较小容量的陶瓷电容并联来实现。陶瓷电容应尽可能靠近器件的输入引脚。
输出电容滤波流过电感的电流，以得到纹波很小的输出电压。同时，其储能功能还可满足瞬间负载，并稳定LT3501的控制环路。LT3501的控制环路采用电流模式，对输出电容的RESR(串连等效电阻)没有要求。
因此，可以采用陶瓷电容来作输出电容。输出电容的值可以根据式(3)估算。其中MLS(Max Load Step)为最大电流负载的跳变，例如：该系统MLS为3A。

输出电压的纹波可按式(4)和(5)估算：式(4)计算陶瓷电容，式(5)计算钽电容或铝电解电容。系统采用温度特性较好的X7R型陶瓷电容与钽电容并联。利用式(4)计算出纹波电压约0．56 mV，满足CPU和其他电路对电源纹波的要求。
3．2 PCB布局
对于开关电源，PCB的布局非常重要。当开关电源工作时，电路的部分支路存在很大的阶跃电流。该电流主要在器件内部的开关管、外面的环流二极管和输入电容之间流动。由这些元件构成的环路应尽可能的小。在布局时，这些器件以及电感和输出电容应该布局在电路板的同一层，其连线也尽可能在同一层完成。在这些元件的下面，有一块连续的局部地。该局部地与系统地的连接采用单点连接方法，连接点最好选在输出电容的接地端。另外，SW和BST信号的布线要尽可能的短。 LT3501器件的底部有裸露的leadframe，该结构散热良好。在设计PCB时。可在器件底部的对应位置放一块覆铜，并通过多个过孔与内层的大面积覆铜连接。

4 结论
分析该系统的功耗，在考虑一定冗余的基础上，利用3种电源器件设计该嵌入式系统的电源电路。并使用MAX705电源监控器件提高系统的可靠性。该系统已成功在多个实际应用中得到验证，并且表现良好。