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线性电源及开关电源的原理及它的优缺点

2020-08-05  小北PCb设...

稳压电源(stabilized voltage supply)是能为负载提供稳定的交流电或直流电的电子装置,包括交流稳压电源和直流稳压电源两大类。当电网电压或负载出现瞬间波动时,稳压电源会以10-30ms的响应速度对电压幅值进行补偿,使其稳定在±2%以内。那什么是稳压电源,接下来和小北一起来了解一下线性稳压电源和开关电源的区别吧!更多的设计知识,可以百度小北设计。

开关电源:

开关电源的主要工作原理就是上桥和下桥的MOS管轮流导通,首先电流通过上桥MOS管流入,利用线圈的存储功能,将电能集聚在线圈中,最后关闭上桥MOS管,打开下桥的MOS管,线圈和电容持续给外部供电。然后又关闭下桥MOS管,再打开上桥让电流进入,就这样重复进行,因为要轮流开关MOS管,所以称为开关电源。

1、开关电源是直流电转变为高频脉冲电流,将电能储存到电感、电容元件中,利用电感、电容的特性将电能按预定的要求释放出来来改变输出电压或电流的;线性电源没有高频脉冲和储存元件,它利用元器件线性特性在负载变化时瞬间反馈控制输入达到稳定电压和电流的。

2、开关电源可以降压,也可以升压;线性电源只能降压。

3、开关电源效率高;线性电源效率低。

4、线性电源控制速度快,波纹小;开关电源波纹大。开关电源他的功率器件工作在开关状态,(一开一关,一开一关,频率非常快,一般的平板开关电源频率在100~200KHz,模块电源在 300~500KHZ)。

下面和小北一起来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如上图所示,

电路由开关K(实际电路中为三极管或者场效应管),续流二极管D,储能电感L,滤波电容C等构成。当开关闭合时,电源通过开关K、电感L给负载供电,并将部分电能储存在电感L以及电容C中。

楞次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。当电流化生变时,电感阻止电流的变化。

当开关接通后,电流增加,电感阻止它变大,电容存满电,当开关闭时,电流靠,电容及电感存储的能力继续为电路提供电流,经过二极管D,形成一个回路。根据控制开关的开或关的时间来控制电流的输出,我们称之为PWM脉冲调制,达到一个稳压的效果。常见的用于

线性稳压电源

线性电源(LDO)的管子是工作在放大区的,处于放大状态。线性电源LDO只能降压,不能升压。LDO的功率损耗主要消耗在开关管上,为开关管的最大耗散功率损耗,所以效率极低。所以我们经常发现电源芯片需要安装散热片。

线性稳压器(LDO)内部电路一般包括:分压取样电路、基准电压、误差放大电路、晶体管(MOS管)调整电路四部分。LDO都有电压负反馈回路,以保持输出电压的稳定,而且误差放大电路采用分离元器件的较多,一般很少使用集成运放。

集成稳压器(LDO)主要性能参数:

1、输入电压范围:稳压器输入端可以输入的电压范围。

2、输出电压:稳压器输出端的输出电压值。

3、最大输出电流:稳压器输出端的最大输出电流值。

4、线性调整率:稳压器输入变化对输出的影响,即在负载一定的情况下,输出电压变化量和输入电压变化量之比。线性调整率越小越好。

5、负载调整率:是指在给定负载变化下的输出电压的变化,这里的负载变化通常是从无负载到满负载。负载调整率越小越好。

6、电源纹波抑制比(PSRR):表示稳压器抑制由输入电压造成的输出电压波动的能力。线性调整率只有在直流电时才需要考虑,但是电源抑制比必须在宽频率范围上考虑。PSRR是一个用来描述输出信号受电源影响的参量,PSRR越大,输出信号受到电源的影响越小。

7、瞬态响应:表示负载电流突变时引起的输出电压的最大变化,它是输出电容及其等效串联电阻和旁路电容的函数。其中输出电容的作用是提高负载瞬态响应的能力,也起到了高频旁路的作用。

8、静态电流:又叫接地电流,是通路元件的偏流和驱动电流的组合,通常保持尽可能低的水平。静态电流越大,稳压器的效率越低。

9、最大耗散功率:为了确保LDO节点温度不至于过高而损坏,LDO都必须计算最大耗散功率。LDO的实际耗散功耗要小于最大耗散功率,否则可能损坏LDO芯片。

注:LDO的功率耗散主要包括两部分:漏电流功耗、供电电流功耗(管压降功耗

开关稳压电源是通过把直流变成高频脉冲,然后再进行电磁变换实现电压变换和稳压。线性稳压电源是直接串联一个可控的调整元件对输入直流电压进行分压,实现电压变换和稳压,本质上相当于串联一个可变电阻。

开关稳压电源效率高,而且可升压也可降压。线性稳压电源只能降压,而且效率低。开关稳压电源会产生高频干扰,线性稳压电源则无干扰。各有优缺点。

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