电源浅谈

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电源的分类通常取决于输入是交流还是直流,以及使用何种类型的调节方式来提供正确的直流输出,通常是开关模式或线性模式。下面介绍一下常见的电源类型以供参考。
 
工频线电压通常为AC-DC电源供电,而电池或任何其它直流电源则提供DC-DC供电。这些DC-DC转换器使用开关模式技术将输入电压调节为更高(升压)或更低(降压)的输出电压。
 
现成的电源适于许多市场和常规用途,但在某些情况下需要定制设计。
 
线性稳压器
 
要了解组件在电源中的作用,有必要了解电源工作的基本原理。许多工程师都记得设计一个如图1所示的电路。该电路使用齐纳二极管为负载(R2)提供恒定电压。R1用于提供最小电流以保持齐纳二极管处于恒定击穿状态,并提供负载电流。
 
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图1:一个简单的齐纳二极管稳压器电路。
 
此类系统适用于功率较低且供电电压和负载都相当稳定的电路。如果负载电流降低或电源电压突然增加,则可能会超出齐纳二极管的额定功耗。这种电路中的电阻很容易选择,只要其额定功率符合齐纳二极管和负载的组合功率要求即可。
 
对于供电电压或负载可能变化的电源,串联设计可以使用传输晶体管(pass transistor),这将确保负载电流稳定,并可将电压输出降低到所期望的范围。
 
图2示出了这种电路。这些设计通常使用IC或低压差(LDO)稳压器来调节负载电源。由R1和R2形成的分压器感测并设置相对于参考电压的电压输出。如果电路具有固定输出,则分压器位于内部;对于其它应用,可以在外部放置一两个电阻。
 
选择电阻值以提供所需的比率,最重要的考虑因素是精度。如果比较器电路具有高增益和高输入阻抗,则可以使用图1中的公式轻松计算最差情况下的数值,首先选R1最大值和R2最小值,然后选R2最大值和R1最小值。这些计算可显示出与期望输出的最大电压偏差。
 
罗姆的一些LDO
 
罗姆的BD7xxL2EFJ-C系列车载LDO系列,通过融入了抗噪音对策的独家电路设计,成功开发出小型、高可靠性的低待机电流LDO。与以往产品相比,待机电流降低80%,因此,可减轻电池负载,即使在引擎长时间停止状态,亦可打造足以承受待机的电源电路。
 
 
开关电源
 
由于串联的传输器件和负载都会消耗能量,线性电源可能效率比较低。随着负载上压降的增加,效率会更低。
 
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图2:线性串联稳压器简图。
 
为提高效率,设计师经常使用另一种电源拓扑结构。开关电源(SMPS)采用未经调节的输入直流电压,并以高频率(10kHz至1MHz)进行切换。占空比决定整流和平滑后的直流输出电压。
 
SMPS输出的调节也使用分压器,但是要调节开关频率和占空比。通过避免线性稳压器压降带来的损失,SMPS可实现高达95%的效率。由于高频变压器和滤波器/储能电容器尺寸要小得多,SMPS也可能比类似功率的线性AC-DC电源设计更紧凑。
 
SMPS的主要缺点是它要求必须有最小负载,空载状态可能会损坏电源。为避免这种情况,设计人员经常使用一个功率电阻作为假负载。如果主负载断开,该电阻器可以用于吸收最小的特定负载电流。当然,假负载电阻也会有功耗,从而影响整体电源效率,因此在选定电阻时需要考虑这个因素。规避该问题的另一种方法是当负载开路时在输出端使用分流电阻。出于安全目的,SMPS设计也会采用其它电阻器。低阻值、高功率电阻器通常可防止过压情况。而限流设计则可防止短路。
 
此类开关技术也可以用于DC-DC转换器设计,将直流电压的一个值调节为另一个值。降压转换器在工作原理上非常类似于前述的SMPS设计。升压转换器则使用电荷泵技术输出比输入端更高的电压。这两种技术都使用类似方法来调节输出电压并提供电路保护。
 
罗姆的开关电源(DC/DC)
 
罗姆的BP5293-12是将构成DC/DC转换器的电路(部件)集中在1个封装内的3引脚降压DC/DC转换器。与3引脚稳压器相比,其电源效率高,无需散热处理。此外,引脚兼容,因此无需变更基板就能进行置换。内置输入输出电容器、线圈等,有助于紧凑型设计。在DC 7V~26V的输入下可输出12V。BP5293备有3.3V、5.0V、12.0V的产品阵容。可输出最大负载电流1A。凭借SLLM™ (Simple Light Load Mode) 控制,实现轻负载状态的良好效率特性,适用于要降低待机功耗的设备。
 
该芯片应用简单,体积较小,适用于需要降低功耗的设备。
 
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