線性開關(guān)電源分析PPT課件

1、 一、線性電源與開關(guān)電源1、線性電源 調(diào)整管工作在線性狀態(tài)的穩(wěn)壓電源稱之為線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器也分為兩種：普通線性穩(wěn)壓器和低壓線性穩(wěn)壓器。 （1）普通線性穩(wěn)壓電源 第1頁/共15頁如圖，為普通線性穩(wěn)壓電源的一般內(nèi)部電路 示意圖，則 Uo=Ui-Uce，式中Uce為調(diào)整管壓降，則當(dāng)Ui增大時(shí)，對電壓比較器U1，由于其同向輸入端電壓Ui保持不變，且反向輸入端電壓增大，則其輸出電壓增大，輸出的驅(qū)動(dòng)電流亦增大，則Uce增大， 第2頁/共15頁 從而使輸出電壓降低；若輸出電壓減小，則U1的輸出電流減小，Uce減小，從而使輸出電壓升高。故Uce的存在才使普通線性穩(wěn)壓器的輸出穩(wěn)定在一定的理想的范圍內(nèi)，但這

2、也要求輸入與輸出的壓降至少為13V，否則將無法正常工作。同時(shí)，由于調(diào)整管的功耗較大，電源的效率較低，且發(fā)熱較嚴(yán)重。第3頁/共15頁（2）低壓線性穩(wěn)壓器（LDO） 其工作原理與普通線性穩(wěn)壓器工作原理完全一樣，都是通過控制調(diào)整管的壓降實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，二者的差異在于所采用的調(diào)整管結(jié)構(gòu)不同，從而使LDO比普通線性穩(wěn)壓器壓差更小，功耗更低，從而效率更高；同時(shí)其輸出噪聲較小，并具有極高的信噪抑制比，適用于用在對噪聲較敏感的小信號處理電路。第4頁/共15頁2、開關(guān)電源（1）電容式開關(guān)電源（電荷泵）電荷泵的基本工作原理是利用電容的儲(chǔ)能特性，通過可控開關(guān)的高頻開關(guān)動(dòng)作，將輸入的電能儲(chǔ)存在電容里，當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電能在釋

3、放給負(fù)載，體功能量。其輸出的功率和電壓能力與占空比（開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間和整個(gè)開關(guān)的周期的比值）有關(guān)，可用于升壓和降壓，其內(nèi)部的FET開關(guān)陣列以一定的方式控制快速電容的充放電，從而使輸出電壓以一定的因數(shù)倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率較高，設(shè)計(jì)方便，但輸出電流較小，。第5頁/共15頁（2）電感式開關(guān)電源其工作原理與電容式開關(guān)電源的區(qū)別是它的儲(chǔ)能原件是電感，其余與電荷泵完全一樣。其其特點(diǎn)是：功耗較小，效率較高，且穩(wěn)壓范圍較寬，并有較大的濾波作用，且輸出電流較大，但輸出存在較大紋波和開關(guān)噪聲，外圍電路也較復(fù)雜。第6頁/共15頁4種芯片電源比較比較內(nèi)容 普通線性穩(wěn)壓器LDO電荷泵電感式

4、開關(guān)電源效率低中中到高高輸出電流 中小小大設(shè)計(jì)難度 低低中高熱量管理 差中好最好需要儲(chǔ)能原件不不需要需要噪聲大最小小大成本低低中高局限性不能升壓 不能升壓 無無第7頁/共15頁3、選擇電源芯片的原則（1）明確輸入輸出電壓范圍，確定應(yīng)選取升壓還是降壓芯片；若是降壓，還需計(jì)算輸入輸出壓差，若小于1V，則考慮采用LDO；若在1V以上，則普通線性穩(wěn)壓器和電感式開關(guān)電源皆可，單過考慮效率的話，則電感式開關(guān)電源更適合。（2）選用電源芯片時(shí)為保證電源的使用壽命，需要留有一定的余量，較合適的工作電流是芯片最大工作電流的70%90%，當(dāng)使用線性穩(wěn)壓器時(shí)應(yīng)留有較大余量，否則會(huì)照成芯片嚴(yán)重發(fā)熱，影響使用。（3）對于

5、電池供電系統(tǒng)，需要考慮的主要因素是電源的效率問題，就效率而言，電感式開關(guān)電源的效率是最高的，但其輸出噪聲較大；若要求輸出穩(wěn)定，噪聲小，則選取線性穩(wěn)壓器。（4）若輸出電流較大，則選取電感式開關(guān)電源。第8頁/共15頁二、模擬電源和數(shù)字電源一種比較簡單的分離方法是，將數(shù)字電源和模擬電源之間用一個(gè)小電阻隔離開（這種隔離并不是完全的隔離，完全的隔離是采用數(shù)字和模擬電源單獨(dú)供電），其模擬地和數(shù)字地則是用一個(gè)電感隔離開，具體設(shè)計(jì)中，一般只讓數(shù)字地和模擬地在接口處通過電感相接。第9頁/共15頁另外，數(shù)字信號和模擬信號應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，即：使數(shù)字信號和模擬信號分開；若為單獨(dú)的A/D、D/A芯片，在布線時(shí)應(yīng)在每個(gè)芯片的

6、電源線和地線間加旁路電容，且應(yīng)盡量靠近芯片。如果可以，也可用地線將模擬信號輸入端包圍起來，以降低分布電容和隔斷漏電通路。第10頁/共15頁三、地線連接與布線1、含義電氣設(shè)備中“地”的含義有兩種：大地和工作基準(zhǔn)地，這里只介紹后者。工作基準(zhǔn)地是指信號回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體，又稱“系統(tǒng)地”，接地的目的是為各部分電路提供基準(zhǔn)電位以及抑制干擾。2、地線的設(shè)計(jì)、地線加粗以通過較大的電流；如有可能電線寬度應(yīng)在23mm以上，同時(shí)，應(yīng)使電源線和底線的走向與數(shù)據(jù)信息傳遞方向一致，以增強(qiáng)抗噪聲能力。、接地線構(gòu)成閉環(huán)路，以提高抗噪聲能力，減少干擾。第11頁/共15頁、印刷電路板分區(qū)集中并聯(lián)一點(diǎn)接地當(dāng)同一印刷板上有多個(gè)不同功能

7、的電路時(shí)，可將同一功能單元的元器件集中于一點(diǎn)接地，自成獨(dú)立回路，這樣可使電線電流不會(huì)流到其他功能單元的回路中去，避免了對其他單元的干擾；同時(shí)，還應(yīng)將各功能單元的接地塊與主機(jī)的電源地相連接。3、配置去藕電容的方法、電源去耦在每個(gè)印制板的入口處的電源線和地線之間并接退耦電容，并接的電容應(yīng)為一個(gè)大容量的電解電容（10100uf）和一個(gè)0.010.1uf的非電解電容，其中的大電容是為了去掉低頻干擾部分，一般用鋁或鉭電容；小電容是為了去掉高頻干擾部分，一般用自身電感小的云母或陶瓷電容。、集成芯片去耦第12頁/共15頁原則上每個(gè)集成芯片都應(yīng)安置一個(gè)0.1uf的陶瓷電容器；如果電路板空隙小不足以安裝，可每410個(gè)芯片安置一個(gè)110uf的限噪聲用的鉭電容器；對抗噪聲較弱、關(guān)斷電流大的ROM、RAM存儲(chǔ)器，應(yīng)在芯片的Vcc和GND間直接接入去耦電容。安裝電容時(shí)應(yīng)盡量縮短電容器的引線，另外，每個(gè)芯片的去耦電容應(yīng)安裝在本集成芯片的Vcc和GND線上，避免安裝到別的GND上。、電源線的布置應(yīng)盡量時(shí)電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)信息的傳遞方向一致，這樣有助于增強(qiáng)抗噪聲能力。4、布線原則、導(dǎo)線間距離要盡量加大；、采用隔離走線，即在不得不平行走線時(shí)可在兩條信號線間加一條接地線來進(jìn)行隔離、對于印制板上容易接受干擾的信號線，不能與能夠產(chǎn)生干擾或傳遞干擾