線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源原理及優(yōu)缺點(diǎn)

根據(jù)調(diào)整管的工作狀態(tài)，我們常把穩(wěn)壓電源分成兩類：線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。

線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的穩(wěn)壓電源。而在開(kāi)關(guān)電源中則不一樣，開(kāi)關(guān)管(在開(kāi)關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開(kāi)關(guān)管)是工作在開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開(kāi)--電阻很小;關(guān)--電阻很大。

開(kāi)關(guān)電源是一種比較新型的電源。它具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。但是由于電路工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以噪聲比較大。?通過(guò)下圖，我們來(lái)簡(jiǎn)單的說(shuō)說(shuō)降壓型開(kāi)關(guān)電源的工作原理。如圖所示，電路由開(kāi)關(guān)K(實(shí)際電路中為三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管)，續(xù)流二極管D，儲(chǔ)能電感L，濾波電容C等構(gòu)成。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電源通過(guò)開(kāi)關(guān)K、電感L給負(fù)載供電，并將部分電能儲(chǔ)存在電感L以及電容C中。由于電感L的自感，在開(kāi)關(guān)接通后，電流增大得比較緩慢，即輸出不能立刻達(dá)到電源電壓值。一定時(shí)間后，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電感L的自感作用(可以比較形象的認(rèn)為電感中的電流有慣性作用)，將保持電路中的電流不變，即從左往右繼續(xù)流。這電流流過(guò)負(fù)載，從地線返回，流到續(xù)流二極管D的正極，經(jīng)過(guò)二極管D，返回電感L的左端，從而形成了一個(gè)回路。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)閉合跟斷開(kāi)的時(shí)間(即PWM--脈沖寬度調(diào)制)，就可以控制輸出電壓。如果通過(guò)檢測(cè)輸出電壓來(lái)控制開(kāi)、關(guān)的時(shí)間，以保持輸出電壓不變，這就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。

在開(kāi)關(guān)閉合期間，電感存儲(chǔ)能量;在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，電感釋放能量，所以電感L叫做儲(chǔ)能電感。二極管D在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)期間，負(fù)責(zé)給電感L提供電流通路，所以二極管D叫做續(xù)流二極管。?

在實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源中，開(kāi)關(guān)K由三極管或場(chǎng)效應(yīng)管代替。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電流很小;當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電壓很小，所以發(fā)熱功率U×I就會(huì)很小。這就是開(kāi)關(guān)電源效率高的原因。

什么是線性電源?

線性電源(Linear power supply)是先將交流電經(jīng)過(guò)變壓器降低電壓幅值，再經(jīng)過(guò)整流電路整流后，得到脈沖直流電，后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。

基本工作原理

線性電源主回路的工作過(guò)程是輸入電源先經(jīng)預(yù)穩(wěn)壓電路進(jìn)行初步交流穩(wěn)壓后，通過(guò)主工作變壓器隔離整流變換成直流電源，再經(jīng)過(guò)控制電路和單片微處理控制器的智能控制下對(duì)線性調(diào)整元件進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，使之輸出高精度的直流電壓源。

線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓質(zhì)量高、紋波小、不需要使用電感元件 。

線性穩(wěn)壓電源經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓實(shí)現(xiàn)電源穩(wěn)壓。

優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好，瞬態(tài)響應(yīng)速度快，可靠性高，輸出電壓精度高，輸出紋波電壓精度小。

缺點(diǎn)：變換效率較低，尤其是在輸入輸出電壓差較大的情況下。如果輸出電流也較大，會(huì)有明顯的發(fā)熱發(fā)燙現(xiàn)象，甚至可能燒壞穩(wěn)壓器。

線性穩(wěn)壓電源構(gòu)成：

低壓差線性穩(wěn)壓器的主要參數(shù)

輸出電壓

低壓差線性穩(wěn)壓器有固定輸出電壓和可調(diào)輸出電壓兩種類型。

固定輸出電壓穩(wěn)壓器：輸出電壓是經(jīng)過(guò)廠家精密調(diào)整的，穩(wěn)壓器精度很高。

可調(diào)輸出電壓：根據(jù)穩(wěn)壓器ADJ引腳兩端的電阻來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。

最大輸出電流

輸出電流越大的穩(wěn)壓器成本越高。為了降低成本。

輸入輸出電壓差

在保證輸出電壓穩(wěn)定的條件下，該電壓壓差越低，線性穩(wěn)壓器的性能就越好。比如，5.0V的低壓差線性穩(wěn)壓器，只要輸入5.5V電壓，就能使輸出電壓穩(wěn)定在5.0V。

接地電流

串聯(lián)調(diào)整管輸出電流為零時(shí)，輸入電源提供的穩(wěn)壓器工作電流。該電流有時(shí)也稱為靜態(tài)電流，負(fù)載調(diào)整率

線性穩(wěn)壓器負(fù)載調(diào)整率越小，說(shuō)明LDO抑制負(fù)載干擾的能力越強(qiáng)。[!--empirenews.page--]

電源抑制比

線性穩(wěn)壓器輸入源往往許多干擾信號(hào)存在。PSRR反映了線性穩(wěn)壓器對(duì)于這些干擾信號(hào)的抑制能力。

線性穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)注意：

散熱：

由于線性穩(wěn)壓器的特性決定，壓差部分的功耗是要通過(guò)芯片本身的散熱釋放出去的。如果壓差和電流較大，那么器件上消耗的功耗就會(huì)比較大，散熱問(wèn)題就必須考慮。如果在PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候沒(méi)有留下足夠的散熱空間，那么隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，線性穩(wěn)壓器芯片就會(huì)越來(lái)越燙。在持續(xù)高溫的環(huán)境下運(yùn)行會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)壽命。

解決方法：

在電路設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算線性穩(wěn)壓器上消耗的功率，消耗功率大時(shí)增加散熱片，通過(guò)在穩(wěn)壓器下面放置過(guò)孔，區(qū)域覆銅連接地。

壓差：

線性穩(wěn)壓器可以穩(wěn)定的壓差有限制，在選擇線性穩(wěn)壓器時(shí)應(yīng)查閱手冊(cè)，看選擇的線性穩(wěn)壓器是否可以滿足降壓需求。

旁路電容的選擇：

線性穩(wěn)壓器的外圍電路就是幾顆旁路電容。這幾顆電容的選擇也要參考器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)，一般情況在輸入輸出端接10uf和100nf的電容。旁路掉高頻信號(hào)以及干擾。在原理圖設(shè)計(jì)的時(shí)候，100nf的電容要盡量靠近線性穩(wěn)壓器。用來(lái)消除線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生的噪聲。

開(kāi)關(guān)電源

開(kāi)關(guān)電源通過(guò)控制調(diào)整管的通斷時(shí)間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

優(yōu)點(diǎn)：體積小，重量輕，功耗小，穩(wěn)壓范圍寬，效率在80%~90%。

缺點(diǎn)：輸出紋波電壓較高，噪聲較大，電壓調(diào)整率等性能也較差，特別是對(duì)模擬電路供電時(shí)，將產(chǎn)生較大的影響。

使用：在開(kāi)關(guān)性穩(wěn)壓器輸出端接入低壓差線性穩(wěn)壓器，就可以實(shí)現(xiàn)有源濾波，而且也可大大提高輸出電壓的穩(wěn)壓精度，同時(shí)電源系統(tǒng)的效率也不會(huì)明顯降低。

開(kāi)關(guān)電源構(gòu)成：

Ui為整流濾波后的直流電壓、Uo為轉(zhuǎn)換后的直流輸出電壓、DC-DC轉(zhuǎn)換器用于功率轉(zhuǎn)換。

開(kāi)關(guān)電源的分類：

無(wú)論哪種開(kāi)關(guān)電源，調(diào)整管總是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)調(diào)整管的電壓可以是方波脈寬調(diào)制電壓，也可以是正弦波的諧振電壓。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓可以分為自激式和他激式。

自激式：利用調(diào)整管，開(kāi)關(guān)變壓器輔助繞組構(gòu)成正反饋，實(shí)現(xiàn)自激振蕩，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

他激式：使用專設(shè)振蕩器產(chǎn)生脈沖控制調(diào)整管。

根據(jù)轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)方式分為非隔離型和隔離型。

非隔離型：輸入和輸出共地，適合低壓直流轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，包括降壓式，升壓式，升降壓式。

隔離式：輸入輸出進(jìn)行隔離。包括反激式，正激式，推挽式，半橋式，全橋式。

根據(jù)開(kāi)關(guān)管的脈沖調(diào)制方式分為脈寬調(diào)制型，頻率調(diào)制型，混合調(diào)制型。

脈寬調(diào)制型：通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)控制占空比，從而調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓。

頻率調(diào)制型：開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間不變，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管的脈沖頻率來(lái)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓。

混合調(diào)制型：開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間和脈沖頻率都改變，沒(méi)而來(lái)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓。

線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源各自有缺點(diǎn)。

A、線性直流穩(wěn)壓電源?

該類電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路，輸出連續(xù)可調(diào)的成品。缺點(diǎn)是體積大、較笨重、效率相對(duì)較低。這類穩(wěn)定電源又有很多種，從輸出性質(zhì)可分為穩(wěn)壓電源和穩(wěn)流電源及集穩(wěn)壓、穩(wěn)流于一身的穩(wěn)壓穩(wěn)流(雙穩(wěn))電源。從輸出值來(lái)看可分定點(diǎn)輸出電源、波段開(kāi)關(guān)調(diào)整式和電位器連續(xù)可調(diào)式幾種。從輸出指示上可分指針指示型和數(shù)字顯示式型等等。

B、非線性直流穩(wěn)壓電源(開(kāi)關(guān)電源)?

開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源是和線性電源相對(duì)而說(shuō)的，開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)在于效率高、輸出電壓可以比輸入電壓高，也可以比輸入電壓低。缺點(diǎn)在于輸出紋波比線性電源差很多，精度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到線性電源的精度。