你了解电源基础知识原理嘛?

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01 线性电源的的基本原理

电源的基础知识

电源如人体的心脏,是所有电子设备的动力。一般电力(如市电)都要经过转换才能提供给用电设备使用,如交流转换为直流(AC-DC),高压转换为低压等等,根据转换的主要方式可分为线性电源和开关电源。这次主要讲一下线性电源的一些基础知识。

什么是线性电源?

串联

(1)串联稳压与并联稳压

串联稳压(常用):

调整器件与负载串联,电源电流与负载相等,静态损耗小,电压差决定效率。

并联稳压(不常用):

调压器件与负载并联,要按照最大负载电流考虑限流环节,静态损耗大!但优点是负载瞬态特性不反应到电源输入端。

串联

串联

(2)串联稳压的原理

串联

基于负反馈调节

根据负反馈原理(虚短路),电阻R2的电压等于Uref基准源电压。同时,R2的电压又等于R1、R2对Uo的分压比。

所以可得:Uref=Uo*R2/(R1+R2)

即:Uo=Uref*(1+R1/R2)

【1】基准源Uref:提供稳定不变的电压

【2】采样电阻:对输出电压采样分压

【3】误差放大:根据采样值与实际值的差异,给出调节信号

【4】调整管调整:根据调节信号调节输出电压

(3)线性电源的实际应用

老式小功率电器电源

串联

外表

内部

【1】工频变压器(50/60Hz):将220V交流电网电压通过变压器降至合适的交流低压

【2】整流桥:对交流低压进行全波整流

【3】输入滤波:对全波整流后的电压进行预滤波

【4】三端稳压器:根据型号不同,可产生固定输出电压,与可调节输出电压

【5】输出滤波:对输出电压进行滤波,进一步减小纹波

音频功放用电源

在一些音频威廉希尔官方网站 功放中(主要是甲类、甲乙类),为了减少电源带来的噪声干扰,最终输出最纯正的音质,其电源常采用线性电源。

实验、仪器、测试用线性稳压电源

在对于一些对噪声敏感的场合中,比如在一些实验或者使用一些高精度仪器的过程中,会使用线性电源而不是开关电源,这些场合不会去追求效率,而主要是避免噪声带来的实验与测量误差。

(4)线性电源与开关电源的区别

线性电源:

线性直流稳压电源是通过工频(频率为50Hz的交流电)变压器将电压变至所需要的值,再经过整流、滤波、稳压等威廉希尔官方网站 ,输出为稳定直流电。

这类电源有一个共同的特点就是它的功率器件调整管工作在线性区,靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管的损耗根据压差决定,通常损耗会很大,所以会需要安装一个很大的散热器给它散热。而且由于变压器工作在工频(50Hz/60Hz),所以重量较大。

开关电源:

开关型直流稳压电源是让交流电直接经过整流威廉希尔官方网站 ,经电容滤波后变为高压直流电,高压直流电经过开关后,加到开关变压器上。控制开关的“闭合”和“断开”的速度,就可在通过开关变压器形成不同频率的交流电,开关速度越快,频率就越高。这样在开关变压器的次级相应地感应出高频电压,最后经过整流、滤波、稳压等威廉希尔官方网站 得到稳定的直流电。

开关电源工作频率在几十KHz到几MHz。功率管不是工作在饱和就是截止区即开关状态;开关电源因此而得名。

(5)线性电源的优缺点(对比开关电源)

线性电源的主要优点:

1.威廉希尔官方网站 简单可靠

2.电气噪声低

3.对电网污染小等

线性电源主要缺点:

1. 灵活度差

2.笨重、体积大

3.效率较低

开关电源的主要优点:

1.体积小、重量轻

2.效率高

3.应用灵活

开关电源的主要缺点:

1.威廉希尔官方网站 复杂

2.电磁干扰大 

02 线性电源常用元器件介绍

 

三端可调稳压器LM317的应用

串联

可调稳压源

Uf=R1*If

Uo=(R2+R1)*If

Uo=(R2+R1)*Uf/R1

Uo=Uref(1+R2/R1)=1.25*(1+R2/R1)

串联

Uf=R1*If

IL=If

IL=Uref/R1=1.25/R1

低压差线性稳压源(LDO)

LDO原理

串联

(1)调整管由运放下拉驱动,输出电压不会受到运放输出摆幅限制

(2)压差仅受调整管的饱和压降/导通电阻限制 

LDO器件——TL1963A介绍

串联

串联

TL1963A是低压差(LDO)稳压器,针对快速瞬态响应进行了优化。该器件可提供1.5 A的输出电流,压差为340 mV。工作静态电流为1 mA,关断时降至1μA以下。除快速瞬态响应外,TL1963A稳压器还具有极低的输出噪声,因此非常适合敏感的RF电源应用。 输出电压范围为1.21 V至20 V。TL1963A的输出电容低至10μF。可以使用小型陶瓷电容器,而无需像其他调节器那样添加ESR。内部保护威廉希尔官方网站 包括反向输入保护,限流,热限制和反向电流保护。此器件可提供1.5 V,1.8 V,2.5 V,3.3 V的固定输出电压,以及具有1.21 V基准电压的可调器件。

03 线性电源的主要指标

 

1)输入电压调整率(电源调整率)RegLine:

稳压电源克服输入电压变化的能力,在其他参数不变的情况下,输入电压发生变化,引起输出稳态电压的变化。 

串联

2)负载调整率RegLoad:

稳压电源克服负载变化的能力 

串联

3)温度系数TC:

稳压电源克服环境温度变化的能力

串联

4)静态电流IQ :稳压威廉希尔官方网站 自身的损耗电流。 

5) 最大输出电流Io(max):

室温散热良好条件下,稳压器最大连续输出电流能力(过流保护) 

6)压差UDrop(Dropout Voltage):

保证稳压器正常工作,输入电压与输出电压差Ui-Uo的最小值当稳压电源的输入电压Ui

7)效率η: 

输出功率Po与输入功率PE的比值 

串联

04 威廉希尔官方网站 设计与注意事项

 

电容的选择

串联

(1)高频滤波电容与低频滤波电容的搭配使用

大电容与小电容的频率特性不同,大电容容量大,但高频特性差,对于一些高频噪声无法有效的抑制,所以需要并联小电容改善电源的高频特性。

但是注意电容的非理想参数,在某些频率下,已经大于大电容的自谐振点,其将会成感性,但小电容还成容性,两者可能会构成并联谐振回路,当两个电容差别3个数量级以上时,要特别小心。

(2)整流后的平滑滤波电容的经验计算

串联

串联

关注Dropout Voltage

电压与输出电流和温度的关系

串联

TL1963A的Dropout Voltage

串联

LM1117的Dropout Voltage

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LM78XX的Dropout Voltage

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保护威廉希尔官方网站 与散热处理

串联

(1)三端稳压器的反压保护

(2)三端稳压器的热损耗及散热处理

威廉希尔官方网站 与PCB 设计

(1)PCB走线宽度与电流的关系

串联

(2)独立电压采样走线

采样威廉希尔官方网站 在最末端,直接从负载输出端取电压,采样线上不走大电流,避免各种采样误差(可调线性电源和开关电源通用)

串联

(3)电容的位置与最小回流路径(通用)

多个电容并联时,小容量的电容应更靠近芯片电源引脚

串联

这个视频中,涵盖的内容可以说是很多很多了,你们期待的国一学长吴必成真真是吧看家的本领都交给你们了,可别光说不练呐!

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pc16211 05-17
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