電路設計中如何解決電壓跌落問題

問題背景：

在電路設計中，我們設計一個系統的PMIC模塊時，首先要考慮的就是負載功率多大、電流的最大值、電壓紋波要求等，然后根據這些要求去選型，但是在有些電路中會有前提條件，比如說某些電子產品要求用USB2.0供電，但是瞬時功率肯定大于了USB2.0口的最大供電功率，下圖是USB接口的供電能力。

從上圖就可以看出USB 2.0接口最大輸出的電功率為2.5W，USB 3.0接口輸出的最大功率為4.5W。

舉個栗子：

比如在一個電子系統中，我們要求模組用USB2.0供電，系統電路中有大電流負載瞬時功率為5V x 5A，這種情況下，如果電路還是按常規的電源原則設計，做出的產品一定會有問題，輕則負載不工作，重則系統不斷重啟或者也不工作。

遇到上面這種情況應該如何解決？

原因分析：

上面舉的栗子就是典型的供電功率不夠，工作瞬間造成電路中關鍵的電壓跌落，超出了某些芯片的允許的范圍，在示波器上的表現如下：

圖中的波形是USB接口接入板卡后，測試的5V波形，其中凹陷的地方就是電壓產生的跌落。

解決方法：

要解決電壓跌落的問題，首先要確定是哪一部分的電路，一般情況下都是大電流的電路，可以在具體電路中進一步 確定。

確定的具體的電路模塊后，就可以分析用哪種方法去補償這些跌落，可以選擇在負載供電的位置并聯低ESR的鉭電容或者電解電容（如果對PCB尺寸要求高，用鉭電容比較合適），那么電容的容值如何確定？

滿足負載續航時間的電容容量求取方法

電路正常工作時的輸入功率為P，儲能電容的容量為C，兩端的電壓為U1,則電容儲存的能量為W1=C(U12)/2,其中U12 表示U1的平方。

當輸入電源掉電后，經過時間t,電容兩端的電壓為U2,此時電容剩余電量為

W2=C(U2**2)/2

這一過程中儲能電容釋放的能量為

W=W1-W2=C(U12-U22)/2

他等于電路維持正常工作所需的能量

W=Pt，（即輸入功率乘以時間）

所以有

C（U12-U22）/2=Pt

由此就可以得到電路維持時間t所需的最小電容容量為

C=2Pt/(U12-U22)

在實際應用中，U2是電路能夠正常工作的最低輸入電壓。

下面舉例說明：

若電路正常工作時的輸入電壓為12V(U1),輸入功率為5W（P）,能夠正常工作的最低輸入電壓為11V（U2）,要求輸入電源掉電5ms(t)時電路仍然能夠正常工作，則所需儲能電容的最小電容量為

C=2Pt/（U12-U22）

=255/(122-112)

=2.174mF =2174uF

上述求取電容量的方法適用于直流電路，對于交流電路還要根據具體情況進行分析。