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之所以做這樣的開場白，是因為我無法確保自己能夠很專業(yè)的闡述電源的發(fā)展及理論知識，另外，觀眾也是各行各業(yè)的都有，有做 IC 研發(fā)的，也有修家用電器的，所以我想用我認識電源的軌跡，來道一道我與電源的千絲萬縷。
既然是說芯片，那么我只能從 7805 開始說起。
彼時，LM7805 作為單片機最重要的搭檔之一（還有晶振），我以為這世界上的電源也就是 LM7805 了。
那個時候，我對元器件的品牌和型號沒有任何概念，我只知道，要想跑單片機的程序，我需要一個 12V 輸出的方殼子電源，圓頭的，板子上焊接一個 LM7805，單片機揣著晶振，把手往電源上一搭，砰砰砰，單片機就復活了。
基于這樣的開始，我以為電路設計也不過如此，一共三個引腳，一只腳站穩(wěn)了，兩只像手臂一樣伸展開來，一進一出就形成了一個典型的三端式穩(wěn)壓電源芯片，至于輸入的電容，輸出的電容，能夠耐壓多少，輸出電流多少…… ，在于當時，我只能說：不要在意這些細節(jié)。
我第一份工作是在天津，我從張家口坐火車在北京倒車到的天津，下午快下班的時候參加的面試，我室友還陪我一起面，他旁觀??。
面試官就是后來給我講 C 語言程序故意講錯的那位馬工，他當場讓我設計一個電路，要從 220V 穩(wěn)壓到 5V 給單片機供電，我當時真想給他畫一個黑殼子+圓頭，再加上我心愛的 7805 。
顯然這么做肯定找不到工作，我費力的從科普知識里面搜尋到了一些交流相關的電路，給畫了到了黑板上。
很明顯，我是懂的交流和直流的，我在畫那四個二極管的時候狠狠的琢磨了一番，應該是沒有畫錯，因為馬工接下來就問，你前面能不能設計成反激式的。
幸虧老廠長把話接了過來，“他四個二極管還白楞那么半天呢，你別為難他了”。
面試的時候，你一定會遇到各式各樣的人，有的人往死里問，有的人則點到為止。
往死里問的這種人一般有兩種情況，一種是想探尋你的知識邊界，判斷你的能力范圍以便于和自己的團隊匹配。另一種則是為了把你丟地上來回的摩擦，享受快感。區(qū)分這兩種人很簡單，前者問道你慚愧難當之后會給你講解和鼓勵，而后者，只會把簡歷往旁邊一扔，頭往后一樣，嘴角一撇的晃一下頭。
點到為止的面試官是值得尊敬的長者，他們往往通過你回答已知問題的過程就可以判斷你的深淺，就像老中醫(yī)把脈相，稍微用力一下，寒熱自能分曉。他們往往談吐儒雅，親和有力，他們愿意擺事實，提建議，即便他看不上你，也會給你點播一下努力的方向。
老廠長就是這樣的一位長者，在我離開時送了我一句話：人挪活，樹挪死。
來到北京工作之后，見識是突飛猛進的，各種芯片涌到眼前，應接不暇，才知道，原來 7805 有很多品牌，什么 L7805，S7805 原來是不一樣的。
并且，我設計的電路中出現(xiàn)了 3.3V，于是乎，又一個響當當?shù)拿掷舆M我的腦海，LM1117。
沒錯，最開始我以為這 1117 就是為 3.3V 設計的，始終沒有注意到，原來它有個3.3 的后綴，也就是說 LM1117 是TI 的一個系列，有 2.5V 的，有 3.0V，有 3.3V 的，還有 5.0V 的，不要罵我菜，聞道有先后，術業(yè)有專攻。
有一個項目是控制飛機模型上面的舵機，這玩意是5V 供電的，我們的電池是兩串和三串的軟包電池居多，我印象中是標著 11V 的一個電池作為輸入，于是我用我最心愛的 7805 設計了 5V 的穩(wěn)壓電路給舵機供電。
當我把電路板蝕刻好，貼上 7805 和一眾阻容，接插件之后，我滿心期待我的飛機在天空中翱翔，我把自己設計的板子安裝到了機身的電子系統(tǒng)中，上電，啟動螺旋槳電機，慢慢加油，飛機開始在跑道上滑行，速度越來越快。
我遠遠的看著飛機已經躍躍欲試了，趕緊推桿爬升，意外就發(fā)生了。
飛機幾乎是在離地的那一刻直接翻滾，一頭扎進來了跑道，像是翻跟頭一樣，之后就支離破碎了。
注意，這就是玩航模毀三代的說法，水票打的太快。
拿回那些散落的尸體，我就開始在腦海里分析原因。
7805 也好，還是 1117 也好，他們都是屬于線性電源，并且由于封裝小，散熱能力差，因此常用的這種三端穩(wěn)壓器支持的輸出電流并不大，即便是 TO-89，或者 TO-252封裝的三端穩(wěn)壓器也無法提供持續(xù) 1A 的電流。
它們有的確實標稱到 800mA，甚至 1A，但是他們標注是有條件的，而我的電路板上是沒那個條件的，所以，當負載電流過大之后，穩(wěn)壓器就失去了穩(wěn)態(tài)，輸出電壓驟降，舵機自然也就是動彈不得。
我開始尋找其他的方案，很快，我就找到了一種新的電源芯片，這種芯片不像 7805 和 1117 那樣簡單，他需要在外面增加電感和二極管來實現(xiàn)恒壓輸出。像下面這樣。
這是一個型號為 LM2576 的開關穩(wěn)壓電源，它通過 output 引腳給電感 L1 先充電，等充的差不多了就拉低，讓 L1 內部充好的電順著負載和二極管 D1 流動起來，這樣，只要將輸出電壓接到 Feedback 引腳，芯片內部就可以根據(jù)輸出電壓來調節(jié)充放電時間，進而控制輸出電壓。
這就是開關電源，為啥我要選開關電源，而不去選原來的線性穩(wěn)壓器呢？
效率，不管是人的世界，還是電路的世界里，我們都需要考慮效率問題。
線性穩(wěn)壓器的原理是通過輸出電壓的反饋信號來控制三極管或者 MOS 管的導通程度來保證后級輸出的電壓穩(wěn)定性。
你會發(fā)現(xiàn)，無論電壓輸出多少，如何調節(jié)，輸入輸出的電流是不變的，而調節(jié)的實際上是管子的內阻，所以線性的電源的效率就是電壓的比值，如果輸入輸出壓差大的話，這個大電壓差就會全部落在芯片內部的管子上，變成熱量散發(fā)出去，如果我們不用他來烤肉串的話，就白白浪費掉了。
反觀我新選的 LM2576，它內部也有一個MOS 管，但是這個 MOS 被調節(jié)的不再是內阻，而是直上直下的被完全打開和完全關閉，為了給后面的電感進行充電。
這樣一來，MOS 管的發(fā)熱基本上就集中在了 MOS 完全打開時期的內阻 Rdson （打開時內阻極低）上面，以及一部分開關瞬間的損耗（此時 MOS 內阻是有大到小的過程，因此產生的熱量累積不可忽視）。
所以，開關電源的效率直線上升，而且和輸入輸出的電壓比值沒有太大關系。效率高了，那么同樣的體積下面就可以做出更高的功率，所以我的選擇是正確的。
飛機終于可以在天空翱翔了。
到這時，其實我對電源芯片的概念依然模糊，無非就是加了個電感嘛，一個線性的，一個開關的，幾次而已。
其實，電源不僅是我們板子可靠運行的基礎，也是整個電子行業(yè)里面發(fā)展時間最長，技術成熟度最高的，多少年來，我們的前輩都在夜以繼日的想方設法提高他的效率。
前面我們說到 DCDC 降壓的穩(wěn)壓器，這種穩(wěn)壓器電路在行業(yè)內被稱為 buck 電路，buck 應該是 buck down 的意思吧，就是把電壓降下來。
那么提到效率，如何讓現(xiàn)在 Buck 電路的效率再進一步提高呢？
回顧整個電流的回路，電感充電的過程中，電流流過開關關 Q1，在其內阻上摩擦發(fā)熱，在電感放電過程中，電流則在二極管 D1 上進行摩擦發(fā)熱。
我們都知道，MOS 打開后的 Rdson 非常小，幾十毫歐姆，但是二極管的管壓降可是要 0.7V 的，當然這里我們肯定選擇管壓降非常低的肖特基，那也得0.3V 了，試想一下，一個 3A 的電流經過了它就快要 1W 了。
這么說你可能沒概念，我講個段子。
再一次維修鋰電池供電的電路時，我不小心把電池的正負極接反了，而正負極之間一般回訪一個 TVS 二極管，非常小，就像小米粒那么小。接反了之后，就相當于電池電壓直接正向加在了二極管上，二極管將承受足夠大的電流。
瞬間，那個黑色的小不點想火球一樣變紅，然后一個健步就竄上來半米高，從我眼前略過又徑直得的掉落在 我手里的萬用表屏幕上，直接在屏幕上燙了一個洞。
所以，我沒有沒有辦法讓這個地方的損耗減小一些呢？
有，我們把這個肖特基二極管換成一個 MOS 管，讓我們的芯片邏輯部分控制它，配合著上管的關閉，立刻將下面這個MOS 打開，這樣一來，電感放電的電流只是在 MOS 管的內阻上摩擦生熱，只是幾十毫歐姆而已。
后來，這種設計就被稱為同步降壓整流電路了。所以后來我看到一些 DCDC 芯片的設計電路圖中居然沒有肖特基二極管，原來廠家把 MOS 管都集成到芯片內部了，反正它發(fā)熱很小。
不過，這樣的芯片方案還是有一個缺點，那就是外圍元器件變多了，整體的體積就會很大，別說用在手機里面，在無人機里面也是很難受的，大的占地方，重的影響續(xù)航呀。
有沒有辦法讓電源整體縮小呢？
有，其實可以發(fā)現(xiàn)，這種電源模塊里面最大的不是這個芯片，而是那個儲能的電感，電感的體積為什么不能用小一點呢？
原因是早期的電源芯片設計的時候，可能由于 MOS 工藝問題，無法做到很高的開關頻率，所以我們充放電的時間就很長，就需要電感的感值大一些才行。
我舉個例子，假設我們控制一個閥門給一個水桶灌水，同時另一個手通過另一個閥門給水桶方式，我們最終的目的是保證水桶的水平面在一個穩(wěn)定的刻度。
如果我們卡關一次閥門的速度很慢，想要調節(jié)這個水平面趨于穩(wěn)定就會很費力，水平面總是忽高忽低，如果我們把水桶換成一個大的，控制器來就容易多了。
所以，這里的水桶大小就是類似于我們電源中的那個電感的感值，感值越大，體積越大，感值越小體積越小，如果我們把水龍頭的開關加快，變得足夠敏捷，那么我們用一個很小的水桶就可以穩(wěn)定住一個水平面。
說回我們的電源，隨著我們 MOS 工藝的不斷提高，我們的 DCDC 開關頻率已經能夠做到 2.5MHz 了，相比早些年那些 150KHz 的開關電源簡直是天壤之別。
在高頻開關 MOS 的加持下，我們的電感越來越小，整體的物料成本也逐代降低，降本增效這事只有先進的科學技術才能做成，靠裁員和少發(fā)點工資只能死路一條。
最后了，給升華了一下，惡心的請繞過哈。
下一次在講，講各種各樣的升壓電源。
如果您覺這樣講故事的方式還不錯，請幫忙點贊和在看哈。
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