1 引言
電源是各種電子設(shè)備必不可缺少的組成部分,，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線性電源和開關(guān)電源兩大類,，由于開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài),，本身消耗的能量很低，開關(guān)電源效率可達80％～90％，比普通線性穩(wěn)壓電源提高近一倍,，目前已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品,。
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2 開關(guān)穩(wěn)壓電源" title="開關(guān)穩(wěn)壓電源">開關(guān)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)
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圖(1)畫出了開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖及等效原理框圖，它是由全波整流器,，開關(guān)管Vi,，激勵信號，續(xù)流二極管VD,，儲能電感和濾波電容C組成,。實際上，開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心部分是一個直流變壓器,。這里我們對直流變換器和逆變器作如下解釋,。逆變器，它是把直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞯难b置,。逆變器通常被廣泛地應(yīng)用在采用電平或電池組成的備用電源中,。直流變換器，它是把直流轉(zhuǎn)換成交流,，然后又把交流轉(zhuǎn)換成直流的裝置,。這種裝置被廣泛地應(yīng)用在開關(guān)穩(wěn)壓電源中。采用直流變換器可以把一種直流供電電壓變換成極性,、數(shù)值各不同的多種直流供電電壓,。
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3 開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點和缺點
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3.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點
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功耗小，效率高,。在圖(1)中的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中,，晶體管V在激勵信號的激勵下，它交替地工作在導(dǎo)通截止和截止導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài),，轉(zhuǎn)換速度很快,，頻率一般為50kHz左右，在一些技術(shù)先進的國家,，可以做到幾百或者近1000kHz,。這使得開關(guān)晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高,，其效率可達到80％,。
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體積小，重量輕,。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒有采用笨重的工頻變壓器,。由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片,。由于這兩方面原因,，所以開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積小，重量輕。
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穩(wěn)壓范圍寬,。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的,，輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進行補償，這樣,，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時,，它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬,，穩(wěn)壓效果很好,。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種,。這樣,，開關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點，而且實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多,，設(shè)計人員可以根據(jù)實際應(yīng)用的要求，靈活地選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源,。
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濾波的效率大為提高,，使濾波電容的容量和體積大為減少。開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz,，是線性穩(wěn)壓電源的1000倍,，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加電容濾波,，效率也提高了500倍,。在相同的紋波輸出電壓下，采用開關(guān)穩(wěn)壓電源時,，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1／5001／1000,。
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電路形式靈活多樣。例如,，有自激式和他激式,，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，有單端式和雙端式等等,，設(shè)計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長,，設(shè)計出能滿足不同應(yīng)用場合的開關(guān)穩(wěn)壓電源。
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3.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點
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開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點是存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾,。開關(guān)穩(wěn)壓電源中,，功率調(diào)整開關(guān)晶體管V工作在開關(guān)狀態(tài)，它產(chǎn)生的交流電壓和電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾,，這些干擾如果不采取一定的措施進行抑制,、消除和屏蔽，就會嚴(yán)重地影響整機的正常工作。此外由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒有工頻變壓器的隔離,，這些干擾就會串入工頻電網(wǎng),，使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴(yán)重的干擾,。
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目前,，由于國內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料技術(shù)與一些技術(shù)先進國家還有一定的差距,，因而造價不能進一步降低,，也影響到可靠性的進一步提高。所以在我國的電子儀器以及機電一體化儀器中,，開關(guān)穩(wěn)壓電源還不能得到十分廣泛的普及及使用,。特別是對于無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源中的高壓電解電容器、高反壓大功率開關(guān)管,、開關(guān)變壓器的磁芯材料等器件,，在我國還處于研究、開發(fā)階段,。在一些技術(shù)先進國家,，開關(guān)穩(wěn)壓電源雖然有了一定的發(fā)展，但在實際應(yīng)用中也還存在一些問題,，不能十分令人滿意,。這暴露出開關(guān)穩(wěn)壓電源的又一個缺點，那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,，故障率高,，維修麻煩。對此,，如果設(shè)計者和制造者不予以充分重視,，則它將直接影響到開關(guān)穩(wěn)壓電源的推廣應(yīng)用。當(dāng)今,，開關(guān)穩(wěn)壓電源推廣應(yīng)用比較困難的主要原因就是它的制作技術(shù)難度大,、維修麻煩和造價成本較高
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4 LDO簡介
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LDO是一種微功耗的低壓差線性穩(wěn)壓器，它通常具有極低的自有噪聲和較高的電源抑制比" title="電源抑制比">電源抑制比PSRR(PowerSupplyRejectionRatio),。
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LDO低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)如圖(2)主要包括啟動電路,、恒流源偏置單元、使能電路,、調(diào)整元件,、基準(zhǔn)源、誤差放大器,、反饋電阻網(wǎng)絡(luò)和保護電路等,?；竟ぷ髟硎沁@樣的：系統(tǒng)加電，如果使能腳處于高電平時,，電路開始啟動,，恒流源電路給整個電路提供偏置，基準(zhǔn)源電壓快速建立,，輸出隨著輸入不斷上升,，當(dāng)輸出即將達到規(guī)定值時，由反饋網(wǎng)絡(luò)得到的輸出反饋電壓也接近于基準(zhǔn)電壓值,，此時誤差放大器將輸出反饋電壓和基準(zhǔn)電壓之間的誤差小信號進行放大,，再經(jīng)調(diào)整管放大到輸出，從而形成負(fù)反饋,，保證了輸出電壓穩(wěn)定在規(guī)定值上,，同理如果輸入電壓變化或輸出電流變化，這個閉環(huán)回路將使輸出電壓保持不變,，即：Vout=(R1+R2)／R2 ×Vref
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實際的低壓差線性穩(wěn)壓器還具有如負(fù)載短路保護,、過壓關(guān)斷、過熱關(guān)斷,、反接保護等其它的功能,。
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5 LDO應(yīng)用于開關(guān)電源
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目前大多IC設(shè)計產(chǎn)商生產(chǎn)的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)典型封裝都是SOT23-5和SOT23-3，如圣邦微電子的SGM2007,，SGM2013。如圖(3)為SGM2007的典型應(yīng)用電路圖,。
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目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的開關(guān)頻率100kHz,，用MOS-FET制成的開關(guān)頻率500kHz電源。開關(guān)電源的突出缺點是產(chǎn)生較強的EMI,。EMI信號既具有很寬的頻率范圍,，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會污染電磁環(huán)境,，對通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾,。如果處理不當(dāng)，開關(guān)電源本身就會變成一個干擾源,。當(dāng)用開關(guān)電源做為LDO的輸入VIN時要注意LDO電源抑制比和功耗,。
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電源抑制比PSRR(Power supply ripple rejectionratio)是反應(yīng)LDO輸出對輸入紋波抑制能力的一個交流參數(shù)，一般輸出和輸入的頻率是一樣的,，PSRR的值越大說明LDO的紋波能力越強,，也就是說輸入對輸出的影響很小。盡管LDO的電源抑制比很強,，但都是在一定頻率內(nèi)的抑制很強,，一般的在50KHz到200kHz的電源抑制比還是很差的如圖(4)為SGM2007的PSRR和頻率曲線,，而這段頻率正是大多數(shù)開關(guān)電源的工作頻率，如果LDO的負(fù)載和輸入輸出電容匹配不好,，很容易引起LDO振蕩,。而造成整個LDO供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定。
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目前市場上出售的開關(guān)電源大多數(shù)都是固定電壓輸出的,，一般常用都是5V輸出的,，而一般的LDO應(yīng)用最多的是3.3V輸出的，在開關(guān)電源的輸出做為LDO的輸入時,，就存在一個很大的壓差,，為1.7V。如果LDO電流很大的話如200mA,，那么芯片的溫度就會很高,，功耗很大，長時間工作在高溫的情況下,，會影響芯片的工作壽命,。
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低壓差線性穩(wěn)壓器功耗主要是輸入電壓，輸出電壓以及輸出電流的函數(shù),。下列方程式可用來計算最惡劣情況下的功耗：
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PD=(VINMAX-VOUTMIN)ILMAX,。其中：PD=最惡劣情況下的實際功耗，VINMAX=VIN腳上的最大" title="最大">最大電壓,，VOUTMIN=穩(wěn)壓器輸出的最小電壓,，ILMAX=最大(負(fù)載)輸出電流。
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最大允許功耗(PDMAX)是最大環(huán)境溫度(TAMAX),，最大允許結(jié)溫(TJMAX)(+125℃)和結(jié)點到空氣間熱阻(θJA)的函數(shù),。對于安裝在典型雙層FR4電解銅鍍層PCB板上的5引腳SOT-23封裝器件，其(θJA)約為250℃／Watt,。
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PDMAX=(TAMAX-TJMAX)/θJA
VINMAX=3.0V+10％,，VOUTMIN=2.7V-2.5％，ILOADMAX=40mA,，TJMAX=+125℃,，TAMAX=+55℃
實際功耗PD=26.7mW，最大允許功耗：PDMAX=280mW
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6 結(jié)論
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當(dāng)開關(guān)電源做為低壓差線性穩(wěn)壓器輸入時,，一定要注意開關(guān)電源的紋波,，開關(guān)頻率對LDO的影響，及LDO負(fù)載電容的匹配,，不要超過他的最大功耗,，以影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。