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线性直流稳压器与高频开关稳压器的区别

根据不同的工作原理可将电源分成三类:线性稳压器、开关稳压器及电荷泵电源。
一、线性稳压器
线性稳压器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。线性稳压器是因其内部调整管工作在线性范围而得名。
该类电源优点是稳定性高,纹波小,可靠性高、外围元件最少、输出噪声最小、静态电流最小,价格也便宜。缺点是一般认为线性稳压器的输入电压与输出电压之间的电压差(一般称为压差)大,调整管上的损耗大,效率低。
但近年来开发出各种低压差(LDO)的新型线性稳压器IC,一般可达到达输出100mA电流时,其压差在100mV左右的水平(甚至于到70-80mv的水平),某些小电流的低压差线性稳压器其压差仅几十毫伏。这样,调整管的损耗较小,效率也有较大的提高,因此可延长电池的寿命。
二、开关稳压器
与线性稳压器不同的一类稳电源就是开关型直流稳压器,它的电路型式主要有单端反激式,单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于它变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功能管不是工作在饱和及截止区即开关状态;开关电源因此而得名。DC/DC是开关稳压器中的一种。
开关电源的优点是效率高(可以达到80~95%)、稳定可靠;缺点相对于线性电源来说成本较高、纹波较大(一般≤1%VO(P-P),好的可做到十几mV(P-P)或更小)。
三、电荷泵电源
电荷泵有三类:开关式调整器升压泵、无调整电容式电荷泵和可调整电容式电荷泵。三类电荷泵的工作过程均为:首先贮存能量,然后以受控方式释放能量,以获得所需的输出电压。开关式调整器升压泵采用电感器来贮存能量,而电荷泵采用电容器。
电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升,采用电容器来贮存能量。电荷泵是无须电感的,但需要外部电容器。工作于较高的频率,因此可使用小型陶瓷电容(1μF),使空间占用最小,使用成本低。电荷泵仅用外部电容即可提供±2倍的输出电压。其损耗主要来自电容器的ESR(等效串联电阻)和内部开关晶体管的RDS(ON)。电荷泵转换器不使用电感,因此其辐射EMI可以忽略。输入端噪声可用一只小型电容滤除。它输出电压是工厂生产精密予置的,调整能力是通过后端片上线性调整器实现的,因此电荷泵在设计时可按需要增加电荷泵的开关级数,以便为后端调整器提供足够的活动空间。电荷泵十分适用于便携式应用产品的设计。从电容式电荷泵内部结构来看,它实际上是一个片上系统。
在便携式产品中,常常利用低压差线性稳压源(LDO)将5V主电源转换为3.3V,LDO具有低成本、小尺寸、低静态电流及易于实现等特点,但其转换效率很低,在这种应用中效率一般为67%。一种可替代的方案是采用降压型开关稳压器,转换效率典型值可达90%,但需要外接电感,占线路板尺寸较大,价格相对较高。另一种解决方案是采用电荷泵,弥补了LDO与开关稳压器的不足,具有低成本、小尺寸、易实现、转换效率高等特点。电荷泵器件占用的空间要小得多。
它们受到青睐,除了可以用于不同的应用以外,还有一个间接的原因就是人们认为基于电感的功率源可能带来不可克服的EMI问题。
1.线性直流稳压器优点
线性直流稳压器优点是稳定性高,纹波小,可靠性高,易做成多路输出连续可调的电源。缺点是体积大、较笨重、效率相对较低。这类稳压器又有很多种,从输出性质可分为稳压器、稳流电源和集稳压、稳流于一身的稳压稳流(双稳)电源。从输出值来看可分固定输出电源、波段开关调整式和电位器连续可调式几种,从输出指示上可分指针指示型和数字显示式型等。
2.开关型稳压器优点
开关型稳压器是直接整流,获得高压直流,由高频震荡器控制开关管的通断的时间比例来调整输出电压。开关型电源电路分为串联型和并联型两种,开关型稳压器的优点是效率高,因为开关状态下的晶体管自身消耗的功率很小,可以达到70-80%甚至更高的效率,而且不用降压变压器,其输出变压器由于是工作在高频,其体积远小于50赫的工频变压器。所以开关型电源的电路小巧轻便。开关型稳压器可以在较大的电压范围正常工作。
3.线性直流稳压器与高频开关稳压器的区别
开关电源是与线性稳压器不同的一类稳压器,它的电路型式主要有单端反激式、单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性电源的根本区别在于电路中的变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功率管不是工作在线性区,而是饱和及截止区,即工作在开关状态;开关型直流稳压器也因此而得名。

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