电源选型：我问自己的三个问题

电路几乎从来不按你手上现成的电压工作。它要的电压得你自己做出来，而做这件事的只有两大类器件：线性稳压器和开关电源。看完这篇你会知道：这两类该怎么选、各自会发多少热，以及锂电池怎样才能安全地充上电。

1. 输入和输出之间的压差有多大？超过 3V 左右、电流又超过 0.3A 左右，就别用线性稳压器了。
2. 这部分电路怕不怕电噪声？无线模块和高精度模拟电路是怕的。
3. 有多少空间、允许多热？密封的小盒子里，热量没地方去。

这三个问题帮我省了不少返工的时间。

电源架构：从电池到负载，这是一套能量分配系统

电源部分就是一套配送系统：每个模块都需要特定的电压、特定的电流和一定的干净程度，而且要送到它自己的引脚上。

电源系统是多级转换体系

典型产品电源链大概是这样的：

输入(USB/电池) → 保护(保险丝、防反接) → 充电管理 → 电池 → DC/DC转换 → 多路电压轨 → MCU/传感器/LED/电机

同一块板子上不同模块需要的电压不一样：

所以一个产品里经常同时有几条电源轨：5V、3.3V、1.8V。电源轨就是其中一路供电电压。

这条链上每一级都会损失一部分功率，敏感的模块可能还需要在自己这一路加滤波。

保险丝有四个参数要过：额定电流、额定电压、能安全分断的故障电流，以及熔断速度。接上电池之后，第三条最关键：锂电池短路时会灌出极大的电流，保险丝得能把它切断而不炸开。举个例子，Class T 保险丝在 125V DC 下能分断 20kA。

LDO 线性稳压器：简单干净，但会发热

LDO（低压差线性稳压器）是一种输入只比输出高一点也能正常工作的线性稳压器。它的行为像一个自动电阻：把多余的那部分电压降掉，让输出保持稳定，而降掉的电压会变成热。损耗很好算：

P_loss = (Vin - Vout) × I

用一句话读这个公式：损耗等于它两端降掉的电压乘以流过的电流。5.5V 降到 5V、1A 的时候损耗 0.5W，效率大约 91%；12V 降到 5V、1A 的时候损耗 7W，效率只有 42%。

好处是：几乎不用搭电路，便宜，输出安静又稳定。

我一般在这些场景用 LDO：

• 3.6V 的锂电池给需要 3.3V 的单片机供电，只多出 0.3V，几乎不发热。
• 后面接的模块怕噪声，比如音频放大器或者模数转换器的基准电压。

12V 到 5V 的大电流场景我不会用 LDO，散热片会大得离谱。

几个实际中学到的点：

• 芯片内部的温度 = 环境温度 + 损耗 × 封装的热阻，别超过数据手册给的上限。

Buck 降压型开关电源：高效但有纹波

Buck 反过来做：它不把多余的电压烧掉，而是把输入以每秒几千次的频率切开，再把结果滤回一个稳定的输出。开关由 MOS 管完成，MOS 管是靠电压而不是靠电流控制的开关；电感和电容负责把波形滤平。效率通常在 85%~97%。

代价是输出上有一个跟着开关频率抖动的小波动，这就是纹波。外围元件也更多：一个电感、一个在开关断开时给电感电流找出路的二极管，以及输入和输出电容。

电池尺度上也有纹波，原因不一样。逆变器抽取的电流按两倍电网频率（100Hz）脉动，电池线缆的电阻把这些脉动变成整条直流母线上的电压波动。Victron 的指南把 24V 系统的报警值定在 2.25V RMS。

所以压差超过 3V 左右、电流超过 0.3A 左右，我默认用 Buck：12V 降到 5V，或者电池降给耗电大的负载。LM2596 模块是我工作台上的常备件：便宜，输出用一个小螺丝就能调。

几个踩过的坑：

• 电感按它要过的电流选。超过它的上限（饱和）之后，它就不再像电感，而像一根普通的导线，于是不再限制电流，MOS 管可能因此损坏。
• MOS 管和电感相接的那段铜走线要短而宽；这个点开关很快，会散出干扰。

Boost 升压与 Buck-Boost 升降压

Boost 反过来，把低电压升成高电压，所以一节 3.7V 的锂电池可以带 5V 或 12V 的负载。它在开关导通时把能量存进电感，开关断开时让能量与输入串联放出，两个电压就叠加起来。Buck-Boost 对付的是输入一开始高于输出、后来又低于输出的情况：锂电池满电 4.2V、快没电 2.7V，它自己切换模式来稳住 3.3V。

实际中要注意的：

• Boost 启动时可能抽一大股电流，所以多数会慢慢升上来，这叫软启动。
• Boost 的输出不要短路，保护怎么做要提前想好。

电池充电管理与保护板：两个都不能省

锂电池不能直接接 5V 充电。电流必须被限制、电压必须一直盯着，这件事由专门的充电芯片来做。

• TP4056：一颗小的充电芯片。它先用稳定的电流充，直到电芯到 4.2V，然后改成稳住这个电压，多出来的电压变成热。芯片底下那个大焊盘就是把这些热带进板子里，所以要在它下面铺铜、打过孔。
• 保护板（一颗 DW01 加一组 8205A 开关）：它全程盯着电芯的电压和电流，电压升到 4.30V 左右、掉到 2.40V 左右、电流过大或者输出短路，它就直接断开。

单节锂电池的完整链路是这样的：

多数电芯出厂时就已经把保护板做在里面，是一体的。

输入 5V → TP4056 → 【锂电池 + 保护板(一体化)】→ Buck/Boost → 各路负载
                 ↑____充电____↑   ↑____放电____↑

• 充电时，TP4056 控制进去的电流，保护板盯着电压。
• 放电时，电流经过保护板流出电芯，它继续盯着电压有没有掉得太低、有没有短路。

设充电电流的时候要记住电从哪来：你的 USB 口。常见的 1A 对小型电池来说太大了。保护板必须贴在电芯上，不能放在主板那头隔着两根线。市面上多数 TP4056 模块已经把 DW01 和 8205A 集成进去，充电和保护是一块板。

效率与热设计：高效率不代表不发热

一个效率 95%、输出 50W 的 Buck，仍然会把大约 2.6W 变成热，足够让 MOS 管明显发热。

这些热从 MOS 管底下的焊盘传到外壳，再散到空气里；手机充电器和笔记本电源适配器就是拿外壳当散热片。

要检查的是：

• 温度，靠测试或者仿真，确认在最恶劣的环境下没有任何器件超过它的上限。

电源选型三问与综合实践

同样的负载下会发生什么？

• LM7805，线性稳压：9V 进、5V 出接 Arduino。五分钟之后芯片明显发烫，效率大约 55.6%。
• LM2596，Buck 模块，同样负载调到 5V：几乎不热，效率大约 92.6%。

靠电池供电的东西，我会先用开关电源。

拆开一个旧手机充电器

我拆过一个旧手机充电器，从市电插头一路把电追到 USB 口。

AC 220V → 保险丝电阻 → 共模电感 → 整流桥 → 400V 大电解电容 → 高频变压器初级 → 开关管(集成IC) → 变压器次级 → 肖特基整流 → 电解滤波 → 5V USB 输出

我觉得最有意思的是光耦，它跨在危险的高压侧和安全 5V 侧之间的那道隔离带上。

核心认知

设计链路：能源流 → 电压转换 → 热路径 → 结构集成，这是电子与工业设计的交叉地带。

常见疑问

保护板为什么必须和电池一体化？

因为它必须尽量贴着电芯，通常用镍带直接焊在电芯的极耳上。放到主板上，电流就得先经过额外的导线和接插件再进出电芯。

可以直接用 TP4056 给带保护板的电池充电吗？

可以，这就是常规做法。TP4056 负责充电，保护板是最后一道防线。

为什么我的 Buck 电路依然发烫？

一两瓦的实际损耗，如果没东西把热带走，就会把芯片内部温度顶上去。检查电感的电流能力、芯片周围的铜皮面积，以及热往哪里走。

知识库模块卡片

我工作台上常备的稳压模块

充电和保护在一块板上

拓展阅读

市电适配器按功率怎么选

市电适配器按功率分成几档：100W 以下基本都用反激（flyback）；再往上用正激、推挽和桥式；现代电脑电源用谐振的 LLC，效率能到 90%~96%。

把纹波压下去

想同时要效率和干净的输出，就在 Buck 后面再加一级 LDO。

输入直流电源 → Buck → LDO → 负载

Buck 负责大压差，比如 12V 降到 5.5V，效率 90% 以上；剩下的 0.3~0.5V 交给 LDO，压差这么小，它几乎不发热，同时把波动抹平。

先定电池

先算清系统需要哪些电压，再挑电池：锂电池 3.7V、镍氢 1.2V，这决定了你要 Boost 还是 Buck-Boost。

长成电池组之后

这套东西长成电池组之后，同样的问题会以更大的尺度回来。Victron Wiring Unlimited 讲得很细，我的离网太阳能项目大量参考了它：家用低负载太阳能板电路规划设计