硬件工程师面试经验分享之电源篇
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简介：
本文由一位资深硬件工程师撰写，聚焦于电源相关技术细节和面试技巧，为应聘者提供宝贵的经验分享与实用建议。
1. 开关电源的基本框图与LDO的基本框图及其区别
21.1 开关电源基本电路框图：
开关电源包括输入滤波器、功率转换级（主要包括变压器或电感等）、输出整流滤波网络以及控制和保护部分。这些组件协同工作，实现从一个电压水平到另一个所需电压水平的变换。
21.2 LDO工作框图：
低压差稳压器(LDO)的基本架构包括输入电源端、调节电路（如误差放大器）、反馈电阻分压网络及输出负载等组成单元。LDO通过调整内部晶体管的导通程度来维持稳定的输出电压，即使在输入电压波动的情况下也能保持稳定。
21.3 开关电源和LDO的区别：
开关电源利用高频转换技术将直流电变换为不同等级的交流信号再整流滤波得到所需的稳压输出；而LDO则采用线性调节方式，在整个工作范围内维持固定比例降压，没有复杂的电磁干扰问题。因此两者在效率、响应速度及适用场合等方面存在显著差异。
31.4 线性电源LDO和开关电源的优缺点：
- LDO优点：结构简单、成本低廉且具有良好的噪声抑制性能；
- 缺点：效率较低，尤其是在输入输出电压差较大时。
- 开关电源优点：工作效率高，尤其适合大功率场合；体积小重量轻；
- 缺点：存在电磁干扰问题，并需要更多的设计考虑以确保稳定性。
41.5 LDO电源效率的计算：
LDO的效率可以通过公式η=Vout/Iout/Vin*Iin来估算，其中η代表效率，Vout和Vin分别为输出电压与输入电压值，Iout为负载电流大小。需要注意的是，在实际应用中还需考虑内部损耗因素。
41.6 影响开关电源效率的因素及解决方案：
- 电磁干扰：使用屏蔽材料或增加滤波电路；
- 损耗元件：优化设计减少热损失；
51.7 开关电源主要元器件
包括变压器、电感器（用于储能）、二极管等，其中续流二极管的作用是在开关关闭时为存储能量提供回路路径。
51.8 续流二极管对开关电源的影响：
在Buck变换器中，当MOSFET截止时，该元件负责导通以避免电感电流反向流动造成的电压尖峰现象。它对于确保电路稳定运行至关重要。
2 DC-DC转换器的拓扑结构——Buck、Boost和Buck-Boost
52.1 Buck变换器：
这是一种降压型直流变压器，通过控制开关管占空比来调节输出电压大小，并能有效减小输入纹波对系统的影响。其基本原理在于利用电感储存能量并释放给负载。
52.2 Boost变换器
升压转换电路能够将较低的输入电压升高到所需的较高水平。它同样依赖于控制开关元件的状态改变频率，从而实现调节输出的目的。
52.3 Buck/Boost变换器：
这种类型的DC-DC转换器既可以作为Buck也可视为Boost模式运行，通过切换工作方式来适应不同的输入和输出需求，并能灵活地在升压与降压之间进行切换以满足特定的应用场景要求。
52.4 buck/buck-boost电路如何实现升降压及电压调节
这类变换器能够根据设定参数调整开关频率或占空比进而控制电感储能释放给负载的时间长短，从而改变输出端的平均电压值。具体而言，在buck模式下通过减小导通时间来降低输出；而在boost状态下，则延长MOSFET闭合周期以提升最终提供的电力水平。
52.5 Buck电路中的续流二极管能否被Mosfet取代
理论上可以，但实际应用中需要考虑诸多因素如开关损耗、驱动电压等。使用MOSFET代替传统二极管虽然能提高效率降低功耗，但也增加了设计复杂度和成本负担。
52.6 Buck电路的功率消耗主要体现在哪里？
在Buck变换器中，功率损失通常发生在以下几个方面：导通电阻引起的I^2R损耗、开关动作产生的瞬态电压降以及寄生电容造成的充电放电功耗等。其中后者尤其需要注意，在高频工作时尤为明显。
52.7 环路稳定性
为了确保系统稳定运行而不会发生震荡，必须仔细选择合适的补偿网络参数以匹配整个控制回路的特性。这包括考虑相位裕度、增益余量等因素，并通过仿真验证设计效果。
52.8 纹波产生及其抑制方法：
- 生成原因：开关动作导致电压瞬变；
- 测量手段：示波器等仪器配合专用探针；
- 抑制
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