线性开关电源分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电源,一、线性电源和开关电源,二、模拟电源和数字电源,三、地线的连接与布线,一、线性电源与开关电源,1、线性电源,调整管工作在线性状态的稳压电源称之为线性稳压器。线性稳压器也分为两种：普通线性稳压器和低压线性稳压器。,（1）普通线性稳压电源,如图，为普通线性稳压电源的一般内部电路 示意图，则 Uo=Ui-Uce，式中Uce为调整管压降，则当Ui增大时，对电压比较器U1，由于其同向输入端电压Ui保持不变，且反向输入端电压增大，则其输出电压增大，输出的驱动电流亦增大，则Uce增大，,从而使输出电压降低；若输出电压减小，则U1的输出电流减小，Uce减小，从而使输出电压升高。故Uce的存在才使普通线性稳压器的输出稳定在一定的理想的范围内，但这也要求输入与输出的压降至少为13V，否则将无法正常工作。同时，由于调整管的功耗较大，电源的效率较低，且发热较严重。,（2）低压线性稳压器（LDO）,其工作原理与普通线性稳压器工作原理完全一样，都是通过控制调整管的压降实现稳压，二者的差异在于所采用的调整管结构不同，从而使LDO比普通线性稳压器压差更小，功耗更低，从而效率更高；同时其输出噪声较小，并具有极高的信噪抑制比，适用于用在对噪声较敏感的小信号处理电路。,2、开关电源,（1）电容式开关电源（电荷泵）,电荷泵的基本工作原理是利用电容的储能特性，通过可控开关的高频开关动作，将输入的电能储存在电容里，当开关断开时，电能在释放给负载，体功能量。其输出的功率和电压能力与占空比（开关导通时间和整个开关的周期的比值）有关，可用于升压和降压，其内部的FET开关阵列以一定的方式控制快速电容的充放电，从而使输出电压以一定的因数倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。其特点是转换效率较高，设计方便，但输出电流较小，。,（2）电感式开关电源,其工作原理与电容式开关电源的区别是它的储能原件是电感，其余与电荷泵完全一样。其其特点是：功耗较小，效率较高，且稳压范围较宽，并有较大的滤波作用，且输出电流较大，但输出存在较大纹波和开关噪声，外围电路也较复杂。,4种芯片电源比较,比较内容,普通线性稳压器,LDO,电荷泵,电感式开关电源,效率,低,中,中到高,高,输出电流,中,小,小,大,设计难度,低,低,中,高,热量管理,差,中,好,最好,需要储能原件,不,不,需要,需要,噪声,大,最小,小,大,成本,低,低,中,高,局限性,不能升压,不能升压,无,无,3、选择电源芯片的原则,（1）明确输入输出电压范围，确定应选取升压还是降压芯片；若是降压，还需计算输入输出压差，若小于1V，则考虑采用LDO；若在1V以上，则普通线性稳压器和电感式开关电源皆可，单过考虑效率的话，则电感式开关电源更适合。,（2）选用电源芯片时为保证电源的使用寿命，需要留有一定的余量，较合适的工作电流是芯片最大工作电流的70%90%，当使用线性稳压器时应留有较大余量，否则会照成芯片严重发热，影响使用。,（3）对于电池供电系统，需要考虑的主要因素是电源的效率问题，就效率而言，电感式开关电源的效率是最高的，但其输出噪声较大；若要求输出稳定，噪声小，则选取线性稳压器。,（4）若输出电流较大，则选取电感式开关电源。,二、模拟电源和数字电源,一种比较简单的分离方法是，将数字电源和模拟电源之间用一个小电阻隔离开（这种隔离并不是完全的隔离，完全的隔离是采用数字和模拟电源单独供电），其模拟地和数字地则是用一个电感隔离开，具体设计中，一般只让数字地和模拟地在接口处通过电感相接。,另外，数字信号和模拟信号应尽量远离，即：使数字信号和模拟信号分开；若为单独的A/D、D/A芯片，在布线时应在每个芯片的电源线和地线间加旁路电容，且应尽量靠近芯片。如果可以，也可用地线将模拟信号输入端包围起来，以降低分布电容和隔断漏电通路。,三、地线连接与布线,1、含义,电气设备中“地”的含义有两种：大地和工作基准地，这里只介绍后者。,工作基准地是指信号回路的基准导体，又称“系统地”，接地的目的是为各部分电路提供基准电位以及抑制干扰。,2、地线的设计,、地线加粗以通过较大的电流；如有可能电线宽度应在23mm以上，同时，应使电源线和底线的走向与数据信息传递方向一致，以增强抗噪声能力。,、接地线构成闭环路，以提高抗噪声能力，减少干扰。,、印刷电路板分区集中并联一点接地,当同一印刷板上有多个不同功能的电路时，可将同一功能单元的元器件集中于一点接地，自成独立回路，这样可使电线电流不会流到其他功能单元的回路中去，避免了对其他单元的干扰；同时，还应将各功能单元的接地块与主机的电源地相连接。,3、配置去藕电容的方法,、电源去耦,在每个印制板的入口处的电源线和地线之间并接退耦电容，并接的电容应为一个大容量的电解电容（10100uf）和一个0.010.1uf的非电解电容，其中的大电容是为了去掉低频干扰部分，一般用铝或钽电容,；,小电容是为了去掉高频干扰部分，一般用自身电感小的云母或陶瓷电容。,、集成芯片去耦,原则上每个集成芯片都应安置一个0.1uf的陶瓷电容器；如果电路板空隙小不足以安装，可每410个芯片安置一个110uf的限噪声用的钽电容器；对抗噪声较弱、关断电流大的ROM、RAM存储器，应在芯片的Vcc和GND间直接接入去耦电容。,安装电容时应尽量缩短电容器的引线，另外，每个芯片的去耦电容应安装在本集成芯片的Vcc和GND线上，避免安装到别的GND上。,、电源线的布置,应尽量时电源线、地线的走向和数据信息的传递方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。,4、布线原则,、导线间距离要尽量加大；,、采用隔离走线，即在不得不平行走线时可在两条信号线间加一条接地线来进行隔离,、对于印制板上容易接受干扰的信号线，不能与能够产生干扰或传递干扰的线路长距离范围内平行铺设，必要时可加一条屏蔽电线。,、交流电路与直流电路分开。,、所有线路尽量沿地线铺设，且应沿直流地铺设，尽量避免沿交流地铺设。,、尽量减小电源线走线的有效包围面积。,OVER,