使用電源IC開關(guān)穩(wěn)壓器與線性穩(wěn)壓器進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換

關(guān)鍵要點(diǎn)

• 線性穩(wěn)壓器是更簡單的穩(wěn)壓器，可降低輸入電壓。目標(biāo)是將輸出設(shè)置為特定的直流電壓。
• 開關(guān)穩(wěn)壓器提供更高的效率，但它們可能更復(fù)雜并產(chǎn)生開關(guān)噪聲。
• 這兩種類型的穩(wěn)壓IC仍然可以組合在一起，以在所需的電壓和電流下提供穩(wěn)定的功率輸出。

該電機(jī)控制板可受益于開關(guān)穩(wěn)壓器與線性穩(wěn)壓器

當(dāng)大多數(shù)設(shè)計(jì)人員談?wù)摴β收{(diào)節(jié)和DC-DC轉(zhuǎn)換時(shí)，他們關(guān)注的是效率，而談?wù)摰氖情_關(guān)穩(wěn)壓器。當(dāng)比較開關(guān)穩(wěn)壓器與線性穩(wěn)壓器時(shí)，這是有道理的。對于低電平電路，高效開關(guān)穩(wěn)壓器可作為電源IC提供。那么，線性穩(wěn)壓器在DC-DC轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的哪些方面，以及您如何將其用于功率調(diào)節(jié)策略？

通常，您是使用開關(guān)穩(wěn)壓器還是線性穩(wěn)壓器，還是級聯(lián)穩(wěn)壓器的組合，取決于未穩(wěn)壓電源的性質(zhì)。如果專門設(shè)計(jì)電源穩(wěn)壓器以適應(yīng)電源的行為，則可以減少元件數(shù)量和系統(tǒng)復(fù)雜性。下面介紹了每種類型的穩(wěn)壓器如何在DC-DC轉(zhuǎn)換中發(fā)揮作用，以及如何設(shè)計(jì)電路以適應(yīng)非穩(wěn)壓電源。

開關(guān)穩(wěn)壓器與線性穩(wěn)壓器在電源轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

開關(guān)穩(wěn)壓器和線性穩(wěn)壓器用于各種系統(tǒng)，多個(gè)穩(wěn)壓器可以級聯(lián)（即串聯(lián)放置）。轉(zhuǎn)換為高直流電壓后，通常使用另一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器/VRM為特定電路模塊提供所需的輸出電壓。或者，您可以在輸出級上使用線性穩(wěn)壓器提供具有一定裕量的穩(wěn)定輸出。這是放置低壓差穩(wěn)壓器的典型位置。

適應(yīng)交流電源

上述策略設(shè)計(jì)用于在非穩(wěn)壓直流和穩(wěn)壓直流之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但它也可以與交流線路輸入一起使用。為此，只需在第一個(gè)開關(guān)轉(zhuǎn)換器的輸入端放置一個(gè)全波二極管電橋即可。

開關(guān)轉(zhuǎn)換器會在未穩(wěn)壓的輸入交流電流上引起諧波失真，從而降低穩(wěn)壓器的整體效率。因此，使用功率因數(shù)校正（PFC）電路來平滑交流電流尖峰，并使輸入交流電流呈正弦狀，并帶有一些紋波。根據(jù)歐洲EMC指南，需要使用PFC電路，這有助于減少電源的過多功耗。

轉(zhuǎn)換器排列

上圖中的第一個(gè)轉(zhuǎn)換器級通常是開關(guān)穩(wěn)壓器。之所以使用這種方法，是因?yàn)檗D(zhuǎn)換器通常需要將高壓信號降壓至中等或低電壓電平。轉(zhuǎn)換器還需要配置為具有高PSRR，以便在相關(guān)頻率范圍內(nèi)提供最大的噪聲/紋波抑制。

上述策略中的輸出轉(zhuǎn)換器可以是開關(guān)穩(wěn)壓器或線性穩(wěn)壓器，具體取決于確切的功率要求、第一轉(zhuǎn)換器級中的任何控制機(jī)制以及未穩(wěn)壓電源的行為。

在紋波噪聲方面，線性穩(wěn)壓器傾向于在更寬的頻率范圍內(nèi)提供紋波抑制，使其可用于抑制來自上游穩(wěn)壓器的寬帶噪聲。這是上述策略中經(jīng)常在輸出端使用線性穩(wěn)壓器的原因之一。

輸出端通常使用的線性穩(wěn)壓器類型為LDO穩(wěn)壓IC。這些穩(wěn)壓器使用運(yùn)算放大器將穩(wěn)壓器的輸出設(shè)置為所需水平，只要輸入電壓高于穩(wěn)壓器的裕量。開關(guān)穩(wěn)壓器也可用于輸出端，同樣取決于所需的降壓電平以及輸入到最終穩(wěn)壓器的信號是否會變化以及它是否包括控制電路。

開關(guān)穩(wěn)壓器與線性穩(wěn)壓器比較

由于第一個(gè)轉(zhuǎn)換器通常在輸入電壓中提供較大的降壓，因此最好在此階段使用開關(guān)穩(wěn)壓器。這是因?yàn)殚_關(guān)穩(wěn)壓器非常高效，如下表所示。開關(guān)穩(wěn)壓器的三種常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是降壓（降壓）、升壓（升壓）或降壓-升壓（可通過調(diào)整 PWM 信號的占空比進(jìn)行配置）。如上所述，最終的穩(wěn)壓器階段可以是線性穩(wěn)壓器或LDO穩(wěn)壓器。

為電力電子使用正確的設(shè)計(jì)軟件

無論您是使用分立元件設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換器，還是使用多個(gè)電源IC，都應(yīng)在原理圖設(shè)計(jì)軟件中使用經(jīng)過驗(yàn)證的元件模型。

這些模型允許您使用SPICE等效的元器件模型直接從原理圖中仿真新系統(tǒng)。這樣可以更準(zhǔn)確地了解您的系統(tǒng)如何提供功率轉(zhuǎn)換，以及查看兩種穩(wěn)壓器輸出上的紋波。您可以輕松將多個(gè)調(diào)壓器級創(chuàng)建為分層原理圖， 并仿真整個(gè)系統(tǒng)或單個(gè)調(diào)壓器子電路。在設(shè)計(jì)電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)并權(quán)衡開關(guān)穩(wěn)壓器與線性穩(wěn)壓器電路的使用時(shí)，您可以使用最佳的PCB設(shè)計(jì)和分析軟件設(shè)計(jì)原理圖并仿真系統(tǒng)。

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