低压差线性稳压器在开关电源中的应用.docx

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1、低压差线性稳压器在开关电源中的应用yangliu导语：由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，开关电源效率可达8090，比普通线性稳压电源进步近一倍，目前已成为稳压电源的主流产品。1引言电源是各种电子设备必不可缺少的组成局部，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否平安可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类，由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，开关电源效率可达8090，比普通线性稳压电源进步近一倍，目前已成为稳压电源的主流产品。2开关稳压电源的构造图1画出了开关稳压电源的原理图及等效原理框图，它是由全波整流器，

2、开关管Vi，鼓励信号，续流二极管VD，储能电感和滤波电容C组成。实际上，开关稳压电源的核心局部是一个直流变压器。这里我们对直流变换器和逆变器作如下解释。逆变器，它是把直流转变为沟通的装置。逆变器通常被广泛地应用在采用电平或者电池组成的备用电源中。直流变换器，它是把直流转换成沟通，然后又把沟通转换成直流的装置。这种装置被广泛地应用在开关稳压电源中。采用直流变换器可以把一种直流供电电压变换成极性、数值各不同的多种直流供电电压。3开关稳压电源的优点和缺点3.1开关稳压电源的优点功耗小，效率高。在图1中的开关稳压电源电路中，晶体管V在鼓励信号的鼓励下，它交替地工作在导通截止和截止导通的开关状态，转换速

3、度很快，频率一般为50kHz左右，在一些技术先进的国家，可以做到几百或近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小，电源的效率可以大幅度地进步，其效率可到达80。体积小，重量轻。从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用粗笨的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了较大的散热片。由于这两方面原因，所以开关稳压电源的体积小，重量轻。稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由鼓励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或者调宽来进展补偿，这样，在工频电网电压变化较大时，它仍可以保证有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽，稳压效果很好。此外，改变占空比的

4、方法有脉宽调制型和频率调制型两种。这样，开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点，而且实现稳压的方法也较多，设计人员可以根据实际应用的要求，灵敏地选用各种类型的开关稳压电源。滤波的效率大为进步，使滤波电容的容量和体积大为减少。开关稳压电源的工作频率目前根本上是工作在50kHz，是线性稳压电源的1000倍，这使整流后的滤波效率几乎也进步了1000倍。就是采用半波整流后加电容滤波，效率也进步了500倍。在一样的纹波输出电压下，采用开关稳压电源时，滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的150011000。电路形式灵敏多样。例如，有自激式和他激式，有调宽型和调频型，有单端式和双端式等等，设计者可以发挥

5、各种类型电路的特长，设计出能知足不同应用场合的开关稳压电源。3.2开关稳压电源的缺点开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中，功率调整开关晶体管V工作在开关状态，它产生的沟通电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰，这些干扰假如不采取一定的措施进展抑制、消除和屏蔽，就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离，这些干扰就会串入工频电网，使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。目前，由于国内微电子技术、阻容器件消费技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距，因此造价不能进一步降低，也影响到可靠性的进一步进步。所

6、以在我国的电子仪器以及机电一体化仪器中，开关稳压电源还不能得到特别广泛的普及及使用。十分是对于无工频变压器开关稳压电源中的高压电解电容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁芯材料等器件，在我国还处于研究、开发阶段。在一些技术先进国家，开关稳压电源固然有了一定的开展，但在实际应用中也还存在一些问题，不能特别令人满足。这暴露出开关稳压电源的又一个缺点，那就是电路构造复杂，故障率高，维修费事。对此，假如设计者和制造者不予以充分重视，那么它将直接影响到开关稳压电源的推广应用。当今，开关稳压电源推广应用比拟困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修费事和造价本钱较高。4LDO简介LDO是一种微功耗的低压

7、差线性稳压器，它通常具有极低的自有噪声和较高的电源抑制比PSRRPowerSupplyRejectionRatio。LDO低压差线性稳压器的构造如图2主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反应电阻网络和保护电路等。根本工作原理是这样的：系统加电，假如使能脚处于高电平时，电路开场启动，恒流源电路给整个电路提供偏置，基准源电压快速建立，输出随着输入不断上升，当输出即将到达规定值时，由反应网络得到的输出反应电压也接近于基准电压值，此时误差放大器将输出反应电压和基准电压之间的误差小信号进展放大，再经调整管放大到输出，进而形成负反应，保证了输出电压稳定在规定值上，同理

8、假如输入电压变化或者输出电流变化，这个闭环回路将使输出电压保持不变，即：Vout=R1+R2R2Vref实际的低压差线性稳压器还具有如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等其它的功能。5LDO应用于开关电源目前大多IC设计产商消费的低压差线性稳压器LDO典型封装都是SOT23-5和SOT23-3，如圣邦微电子的SGM2007，SGM2021。如图3为SGM2007的典型应用电路图。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的开关频率100kHz，用MOS-FET制成的开关频率500kHz电源。开关电源的突出缺点是产生较强的EMI。EMI信号既具有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导

9、和辐射会污染电磁环境，对通讯设备和电子产品造成干扰。假如处理不当，开关电源本身就会变成一个干扰源。当用开关电源做为LDO的输入VIN时要留意LDO电源抑制比和功耗。电源抑制比PSRRPowersupplyripplerejectionratio是反响LDO输出对输入纹波抑制才能的一个沟通参数，一般输出和输入的频率是一样的，PSRR的值越大讲明LDO的纹波才能越强，也就是讲输入对输出的影响很小。尽管LDO的电源抑制比很强，但都是在一定频率内的抑制很强，一般的在50KHz到200kHz的电源抑制比还是很差的如图4为SGM2007的PSRR和频率曲线，而这段频率正是大多数开关电源的工作频率，假如LD

10、O的负载和输入输出电容匹配不好，很轻易引起LDO振荡。而造成整个LDO供电系统的不稳定。目前市场上出售的开关电源大多数都是固定电压输出的，一般常用都是5V输出的，而一般的LDO应用最多的是3.3V输出的，在开关电源的输出做为LDO的输入时，就存在一个很大的压差，为1.7V。假如LDO电流很大的话如200mA，那么芯片的温度就会很高，功耗很大，长时间工作在高温的情况下，会影响芯片的工作寿命。低压差线性稳压器功耗主要是输入电压，输出电压以及输出电流的函数。以下方程式可用来计算最恶劣情况下的功耗：PD=VINMAX-VOUTMINILMAX。其中：PD=最恶劣情况下的实际功耗，VINMAX=VIN脚

11、上的最大电压，VOUTMIN=稳压器输出的最小电压，ILMAX=最大负载输出电流。最大允许功耗PDMAX是最大环境温度TAMAX，最大允许结温TJMAX+125和结点到空气间热阻JA的函数。对于安装在典型双层FR4电解铜镀层PCB板上的5引脚SOT-23封装器件，其JA约为250Watt。PDMAX=TAMAX-TJMAX/JAVINMAX=3.0V+10，VOUTMIN=2.7V-2.5，ILOADMAX=40mA，TJMAX=+125，TAMAX=+55实际功耗PD=26.7mW，最大允许功耗：PDMAX=280mW6结论当开关电源做为低压差线性稳压器输入时，一定要留意开关电源的纹波，开关频率对LDO的影响，及LDO负载电容的匹配，不要超过他的最大功耗，以影响系统的稳定性。